TEHO-hankkeen raportteja, osa 1

Tehoa maatalouden vesiensuojeluun (TEHO) -hankkeen tavoitteena on edistää maatalouden vesiensuojelua. Tähän julkaisuun on koottu tuloksia TEHO-hankkeen kokeiluista ja selvityksistä. Julkaisun ensimmäinen raportti käsittelee jaettua typpilannoitusta ja toisessa osassa käsitellään pientareiden ja suojakaistojen vaikutusta peltolohkolta saatavaan taloudelliseen tulokseen. Kolmannessa osassa esitetään tuloksia kokeilusta, jossa pyrittiin vähentämään kipsin avulla fosforin huuhtoutumista pellolta. Neljäs raportti käsittelee valumavesien kemiallista käsittelyä. Julkaisu on toteutettu osana Tehoa maatalouden vesiensuojeluun (TEHO) -hanketta.

Äimäjärven ravinnetase ja hydrologia

Hämeenlinnassa Kalvolan kaupunginosassa sijaitseva Äimäjärvi on luonnostaan melko rehevä ja sen tila on ollut pitkään varsin huono. Äimäjärven rehevöitymisen syitä ovat voimakas hajakuormitus, yhdyskuntien aikaisempi jätevesikuormitus ja järven pohjasta vapautuvat ravinteet. Sen vedenlaatu on luokiteltu välttäväksi ja aikaisempina vuosina leväkukinnat ovat olleet säännöllisiä, joskin nykyisin ne ovat vähentyneet. Äimäjärven tilaa on seurattu viime vuosina intensiivisesti ja siitä on paljon tutkimustietoa. Tässä raportissa selvitettiin Äimäjärveen kohdistuvan fosfori- ja typpikuormituksen määrä käyttäen hyväksi sekä järvestä ja siihen laskevista ojista mitattuja arvoja että teoreettisia ominaiskuormitusarvoja. Saatujen tulosten perusteella määritettiin myös järven fosfori- ja typpitaseet. Raportissa tarkasteltiin myös järven hydrologiaa, arvioitiin kunnostustarvetta ja arvioitiin hydrologisten tietojen ja laskettujen arvojen luotettavuutta sekä vedenlaadun näytteenottotiheyden vaikutusta kuormitustuloksiin. Teoreettiset, ominaiskuormitusarvoilla lasketut kuormitustulokset olivat hieman korkeammat kuin mittauksiin perustuvat tulokset. Arvot olivat samansuuntaiset kirjallisuudessa ilmoitettujen kuormitustulosten kanssa. Äimäjärven laskevia ojia tarkastelemalla eniten pinta-alayksikköä kohden kuormittivat Ihalahonoja, Tiirueenoja ja Halkorvenoja. Ihalahonojaan on aikaisemmin rakennettu laskeutusallas, mutta myös muut eniten kuormittavat ojat tulisi ottaa huomioon järven kunnostusta suunniteltaessa. Äimäjärven kaltaisessa rehevässä järvessä sekä ulkoisen että sisäisen kuormituksen vähentämisellä on tärkeä merkitys järven tilan parantamisessa.

Jatkuvatoimiset vedenlaatumittarit vesistökuormituksen arvioinnissa

Tässä raportissa tarkastellaan Aurajoen, Eurajoen ja Loimijoen valuma-alueiden kiintoaine-, nitraattityppi- ja kokonaisfosforikuormitusta sekä vertaillaan automaattiseen vedenlaadun seurantaan perustuvaa menetelmää perinteiseen käsinäyttein suoritettavaan vedenlaadun seurantaan. Jokien vuosittainen kuormitus voi vaihdella hyvinkin paljon ja suurin tähän vaikuttava tekijä on sää. Pääosa kuormituksesta tapahtuu kasvukauden ulkopuolella. Tämän tutkimuksen valuma-alueista Loimijoen kuormitus oli suurin ja Eurajoen pienin. Jatkuvatoimisten vedenlaatumittareiden avulla saatiin pääasiassa suurempia kuormituslukemia kuin käsinäytteiden avulla. Nitraattitypen kuormitusmäärät vastasivat parhaiten toisiaan mittausmenetelmien välillä. Automaattimittareilla voidaan havaita hetkittäiset kuormitushuiput käsinäytteenottoa tarkemmin. Kuormitusmallinnuksissa päästään ajoittain lähelle mittareilla laskettua kuormitusta, mutta poikkeavuuksiakin on niin paljon, että mallinnukset vaativat kehittelyä. Mittareiden käytössä on yhä heikkouksia mutta niillä saadaan korvaamatonta lisätietoa kuormituksesta ja aineiden käyttäytymisestä erilaisissa olosuhteissa. Automaattimittareilla tehtävän vedenlaadun seurannan kehittämisen jatkaminen on tärkeää.

Ravinteiden käytön yleissuunnitelma Saaristomeren valuma-alueella

Ravinteiden käytön yleissuunnitelma Saaristomeren valuma-alueelle – hanke sai rahoituksensa Ympäristöministeriön Ravinteiden kierrätyksen edistämistä ja Saaristomeren tilan parantamista koskevasta ohjelmasta. Hanke on toteutettu yhteistyössä Varsinais-Suomen ELY-keskuksen, MTK-Varsinais-Suomen, Biovakka Suomi Oy:n, Turun seudun puhdistamo Oy:n ja ympäristöministeriön kanssa. Suunnittelutyön on toteuttanut Sweco Ympäristö Oy ja Turun ammattikorkeakoulu. Hankkeen tarkoituksena oli laatia kattava katsaus Saaristomeren valuma-alueella muodostuvista kierrätykseen kelpaavista orgaanisista ravinnejakeista ja niiden mahdollisesta käyttötarkoituksesta siten, että Varsinais-Suomesta voitaisiin saada ravinteiden suhteen omavarainen alue. Tarkastelun alla ovat olleet eläinten lanta, jätevedenpuhdistuslaitosten lietteet, maatalouden sivuvirrat, teollisuuden orgaaniset jätteet, ruovikoiden niittojätteet ja hoitokalastetut kalat. Hankkeessa on laadittu kolme osaraporttia ja osaraporteista on laadittu tämä julkaisu, joka toimii samalla hankkeen loppuraporttina. Ensimmäisessä osaraportissa laadittiin orgaanisten ravinteiden muodostumisen sekä ravinteiden tarpeen ja levitysmahdollisuuksien perusteella ravinnekartat, joista selviävät ravinteiden yli- ja alijäämäalueet. Näiden perusteella määriteltiin yleiset toimenpide-ehdotukset ravinteiden kierrätyksen edistämiseksi. Alueille laadittiin lisäksi tarkemmat kierrätyksen toteuttamissuunnitelmat sekä yhdelle osa-alueelle yksityiskohtaisempi sijainninohjauspilotti. Ravinteiden käytön yleissuunnitelma soveltuu aluesuunnittelun ja kaavoituksen tukemiseen, elinkeinojen sijainninohjaukseen ja alueellisen maatalouspolitiikan kehittämiseen.

Kunnallisen jätevedenkäsittelyn tehostaminen membraanitekniikan avulla – esimerkkinä Savitaipaleen jätevedenpuhdistamo

Työssä tutkittiin mahdollisuutta tehostaa kunnallista jätevedenpuhdistusta membraanitekniikkaa käyttäen. Teoriaosassa perehdyttiin kunnallisen jäteveden omi-naisuuksiin ja perinteiseen puhdistusprosessiin. Tämän lisäksi membraanien yleisiä ominaisuuksia, membraanityyppien kykyä erottaa jäteveden sisältämiä yhdisteitä sekä erilaisia mahdollisuuksia membraanisuodatukselle perinteisen jäteve-denpuhdistusprosessin yhteydessä käytiin läpi. Kokeellisessa osassa keskityttiin Savitaipaleen puhdistamon puhdistetun jäteveden laadun parantamiseen membraanisuodatukseen perustuvalla jälkikäsittely-yksiköllä eli tertiäärisuodatuksella. Erilaisia paineavusteisia membraanitekniikoita (MF, UF, NF ja RO) tutkittiin jäteveden puhdistamiseksi ja erotustehokkuuden vertailemiseksi. Tavoitteena oli löytää tehokas ja käytännössä toimiva tapa poistaa fosforia ja typpeä puhdistetusta jätevedestä. Tasomaisilla membraaneilla tehdyissä suodatuksissa MF-membraanit poistivat tehokkaasti fosforia (97 – 98 %) sekä kiintoainesta (100 %) jätevedestä. RO-membraanit alensivat fosfori- (100 %) ja typpipitoisuutta (90 – 94 %) tehokkaasti, poistaen myös liuenneita orgaanisia yhdisteitä (DOC, 90 – 94 %). Mikrosuodatukseen perustuvilla onttokuitumembraaneilla saavutettiin tehokkaan fosforinpoiston lisäksi tasainen kapasiteetti suodatuksen aikaista puhdistusmene-telmää optimoimalla. Pitoisuusalenemat olivat myös erittäin korkeita fosforille (97 – 99 %), kiintoaineelle (100 %), sameudelle (96 – 99 %) sekä COD:lle (38 – 55 %). Tulosten perusteella membraanitekniikkaan perustuva onttokuitusuodatus olisi tehokas ja toimiva jälkikäsittelyprosessi fosforinpoistoon ja jäteveden laadun pa-rantamiseen. Typen poistamiseen parhaiten toimi RO-membraani.

Phenomena and mechanisms in purification of animal fat

Työn tarkoitus oli tutkia eläinrasvan puhdistusta biodieselin valmistusta varten. Eläinrasvaa syntyy elintarviketeollisuuden sivutuotteena ja sitä saadaan myös myymättä jääneistä elintarvikkeista. Rasva sisältää epäpuhtauksia, jotka on poistettava ennen biodieselprosessia. Tässä työssä tutkittavat epäpuhtaudet ovat typpi, fosfori, rauta, natrium, kalsium ja magnesium. Puhdistusmenetelminä käytettiin saostamista sitruunahapolla sekä adsorbointia kahdella eri adsorbentilla. Tavoitteena oli selvittää riittävä määrä happoa ja adsorbenttia sekä tutkia puhdistuksen mekanismia. Lisäksi tarkasteltiin lämpötilan vaikutusta adsorption aikana.

Fosforin talteenotto eri saostus- ja kiteytysmenetelmillä

Fosfori on elintärkeä alkuaine ravinteena ja haasteena on, että fosforivarannot ovat yleismaailmallisesti ehtymässä. Sen kiertokulussa merkittävä osa päätyy vesistöihin aiheuttaen rehevöitymistä. Ongelmaan etsittiin ratkaisua fosforin saostus- ja kiteytysmenetelmistä. Kandityössä esitettiin eri periaatteet erottaa fosfori jätevedestä. Prosesseihin vaikuttavat tekijät määritettiin kiteytysteorian ja kirjallisuudesta löytyvien tutkimusten pohjalta, joiden avulla voitiin määrittää lupaavimmat menetelmät talteenottaa fosfori. Lupaavimmiksi yhdisteiksi saostaa fosfori osoittautuivat magnesiumammoniumfosfaatti- tai hydroksiapatiitti saostusprosessi.

Lapväärtinjoen alaosan väylien kunnostushankkeen loppuraportti : Vedenlaadun, sedimentin, kasvillisuuden ja pohjaeläimistön velvoitetarkkailutulokset vuosina 2011 – 2014

Kristiinankaupungin kaupunki sai ympäristölupaviraston luvan Lapväärtinjoen alaosan kunnostukseen väyliä ruoppaamalla. Ruop-paukset aloitettiin talvella 2011–2012 ja niitä jatkettiin seuraavana talvena. Ensimmäisenä talvena ruopattiin noin 18 100 m3 ja toisena 25 200 m3. Lupapäätöksessä luvanhaltija määrättiin tarkkailemaan hankkeen vaikutuksia veden laatuun, suojeltuihin Natura 2000 – luonnonarvoihin, kalakantoihin, kalojen kutualueisiin ja kalastukseen valvovien viranomaisten hyväksymällä tavalla. Tässä loppurapor-tissa esitetään kaikki vedenlaatu-, sedimentaatio- ja pohjaeläintarkkailujen tulokset ja lisäksi kasvillisuuskartoitusten tulokset vuosilta 2011 ja 2014. Vesistötyöt heikensivät vedenlaatua selvästi samentamalla vettä ja aiheuttamalla kiintoaine-, fosfori- ja metallipitoisuuksien kasvun talvina 2011–2012 ja 2012–2013. Merialueelle vesistötöiden vaikutus ulottui voimakkaimmin samentumisen ja kiintoainepitoisuuden kasvuna. Vaikka suurimmat sameusarvot ja kiintoainepitoisuudet havaittiin työkoneen lähistöltä, vesi oli myös uloimmilla merinäytteen-ottopaikoilla usein selvästi sameampaa ja kiintoainepitoisempaa kuin joessa työalueen yläpuolella. Ruopattavien massojen kalkitustarve ja biologisesti myrkyllisten aineiden pitoisuudet selvitettiin ennen ruoppaustöitä. Vesistötöistä veteen vapautuneen ja pohjalle laskeutuneen kiintoaineen määrää seurattiin Lapväärtinjoen edustan merialueelle sijoitetuilla sedimen-taatioputkilla. Natura 2000 – suojelualueen kasvillisuuden mosaiikkimaisuutta, määrää ja vyöhykkeisyyttä tarkkailtiin ennen ruoppaustöitä vuonna 2011 ja töiden jälkeen vuonna 2014 otetuista ilmakuvista. Lisäksi alueelle tehtiin maastokäyntejä. Ilmakuvaus uusitaan vielä vuonna 2016. Pohjaeläinnäytteitä otettiin ennen ruoppaustöitä vuonna 2011 ja töiden jälkeen vuonna 2014 samoilta paikoilta. Pohjaeläinten yksilöti-heydet vaihtelivat paljon vuosien välillä. Yksilötiheyksiin vaikuttavat ihmistoiminnan aiheuttaman ravinne- ja orgaanisen aineen kuormi-tuksen lisäksi monet tekijät kuten lajien välinen kilpailu, sopeutumiskyky muuttuviin olosuhteisiin, veden suolapitoisuus ja sääolot.

Intensification of Operation of Inclined Plate Settler at Fertilizer Plant

Fertilizer plant’s process waters contain high concentrations of nitrogen compounds, such as ammonium and nitrate. Phosphorus and fluorine, which originate from phosphoric acid and rock phosphate (apatite) used in fertilizer production, are also present. Phosphorus and nitrogen are the primary nutrients causing eutrophication of surface waters. At fertilizer plant process waters are held in closed internal circulation. In a scrubber system process waters are used for washing exhaust gases from fertilizer reactors and dry gases from granulation drums as well as for cooling down the fertilizer slurry in neutralization reactor. Solids in process waters are separated in an inclined plate settler by gravitational sedimentation. However, the operation of inclined plate settler has been inadequate. The aim of this thesis was to intensify the operation of inclined plate settler and thus the solids separation e.g. through coagulation and/or flocculation process. Chemical precipitation was studied to reduce the amount of dissolved species in process waters. Specific interest was in precipitation of nitrogen, phosphorus, and fluorine containing specimens. Amounts of phosphorus and fluorine were reduced significantly by chemical precipitation. When compared to earlier studies, annual chemical costs were almost eight times lower. Instead, nitrogen compounds are readily dissolved in water, thus being difficult to remove by precipitation. Possible alternative techniques for nitrogen removal are adsorption, ion exchange, and reverse osmosis. Settling velocities of pH adjusted and flocculated process waters were sufficient for the operation of inclined plate settler. Design principles of inclined plate settler are also presented. In continuation studies, flow conditions in inclined plate settler should be modelled with computational fluid dynamics and suitability of adsorbents, ion exchange resins, and membranes should be studied in laboratory scale tests.

Fosforin saostus jätevedestä membraanisuodatusten yhteydessä

Maailman vesistöjen suojelemiseksi on erittäin tärkeää taata riittävän tehokas jätevedenpuhdistus. Erityisesti liiallisissa määrissä veteen vapautuva fosfori on ravinne, joka altistaa vesistöt rehevöitymiselle ja lopulta jopa happikadolle. Tulevaisuudessa ympäristölupaehtojen todennäköisesti edelleen tiukentuessa on tärkeää kehittää nykyisiä jätevedenpuhdistamoita tehokkaammiksi ja tarkastella myös uusien vaihtoehtoisten jätevedenpuhdistusprosessien etuja suhteessa perinteiseen menetelmään. Työn tarkoituksena on tarkastella fosforin erotusta perinteisessä jätevedenpuhdistuksessa sekä vaihtoehtoissa puhdistusmenetelmissä. Kokeellisessa osassa tutkitaan fosforin kemiallista saostamista dekantterikokein ja tarkastellaan erityisesti membraanisuodatusten vaikutusta näytteiden fosforipitoisuuteen. Kokeiden näytteet noudettiin Parikkalan kunnan Särkisalmen puhdistamolla pilotoidusta membraanibioreaktoriprosessista (MBR). Tutkitut näytteet olivat denitrifikaatioliete ja MBR-permeaatti. Saostuskokeissa käytettiin kolmea eri ferrikloridin (Kemira PIX-105) annostelupitoisuutta (100, 300 ja 350 mg/L). Suodatuksissa käytettiin Microdyn-Nadir MV020 -mikrosuodatusmembraania. Tulosten perustella fosfori saostui 10-30 % tehokkaammin permeaatissa kuin lietteessä. Parhaimmillaan permeaatille saavutettiin 100 mg/L saostuskemikaalin annoksella n. 95 % fosforiretentio, jolloin saostetun näytteen fosforipitoisuudeksi jäi enää alle 0,2 mg/L. Membraanisuodatuksissa käytetty sekoitus osoittautui kriittiseksi tekijäksi fosforin erotuksen kannalta, sillä ilman sekoitusta tehdyissä kokeissa saavutettiin selkeästi parempia tuloksia. Permeaateille havaittiin liuoksen pH:n säädön tehostavan saostustehokkuutta pienimmällä saostuskemikaalin annostelulla jopa 20 %.

Lasketusaltaat maatalouden vesiensuojelussa

Laskeutusaltaiden käyttöä maatalousen vesiensuojelussa ravinteiden ja kiintoaineen pidättämiseen on Suomessa suositeltu jo muutaman vuode ajan. Vuodesta 1995 alkaen laskeutusaltaiden toteuttamiseen on myös voinut hakea maatalouden ympäristötuoen erityistukea. kokemukset laskeutusaltaiden käytöstä ja toimivuudesta ovat kuitenkin vielä toistaiseksi hyvin vähäiset niin Suomessa kuin muuallakin.

Ravinnevisio : Selvitys Pirkanmaan puhdistamolietteiden ja biojätteiden ravinteista ja niiden potentiaalisesta käytöstä

Selvityksen Pirkanmaan puhdistamolietteiden ja biojätteiden ravinteista ja niiden potentiaalisesta käytöstä on teettänyt Pirkanmaan ELY-keskus, Pirkanmaan Jätehuolto Oy, Tampereen Seudun Keskuspuhdistamo Oy ja Nokian Vesi Oy. Työn on toteuttanut Tampereen teknillinen yliopisto ja Luonnonvarakeskus. Työssä selvitettiin Pirkanmaan alueen ja erityisesti Tampereen seudun yhdyskuntajätevesien käsittelyssä muodostuvien puhdistamolietteiden ja biojätteiden ravinnesisältöä, käsittelyä biokaasulaitoksessa ja mädätysjäännöksen prosessointiin soveltuvia tekniikoita. Lisäksi selvitettiin mädätysjäännöksen tai siitä prosessoitujen lannoitevalmisteiden käyttöä maa- ja metsätaloudessa sekä viherrakentamisessa. Työn pidemmän aikavälin tavoitteena on yhdyskuntajäteveden puhdistamolietteiden ja biojätteiden sekä niiden sisältämien ravinteiden hyötykäytön edistäminen maakunnassa. Selvityksen perusteella Tampereen seudulla näyttäisi olevan puhdistamoliete- ja biojäteperäisten lannoitevalmisteiden ja maanparannusaineiden käyttöön soveltuvaa peltoalaa kohtuullisella kuljetusetäisyydellä. Tuotteiden laajamittainen hyötykäyttö ja ravinteiden kierrätys riippuu oleellisesti tuotteen myyntiketjun ja levityspalvelujen sekä tuotteen ominaisuuksien kehittämisestä, ohjaavien toimien ja lainsäädännön ohella. Nykyisen tietämyksen valossa suurin este puhdistamolietteiden hyödyntämiselle ovat ennakkoasenteet, sillä tehtyjen riskinarviointien perusteella puhdistamoliete- tai biojäteperäisten lannoitevalmisteiden käytöstä ei aiheudu vaaraa ihmisille.