Agricultural phosphorus and water quality : sources, transport and management

Selostus: Maatalous, fosfori ja veden laatu: alkuperä, kulkeutuminen ja vesistökuormituksen hallinta

Rehevöitymisestä ruuantuotantoon – miten ravinteet saadaan takaisin kiertoon.

Teollisuusteknologia -yksikkö

Lannoitetehtaan prosessivesien käsittelyvaihtoehtojen soveltuvuuden arviointi

Phosphorus and nitrogen cause eutrophication of water bodies, causing severe damage to the ecosystem. Eutrophication of the waters causes oxygen depletion, which in turn increases fish mortality, releasing toxins in waters. The released toxins can cause damage to animals and humans, which is the reason in many countries to set emission limits for waste water. Nutrients exist naturally, but due to human activities there is high nutrient leaching to water bodies. Human activity is one of the main reasons to the eutrophication. The aim of this thesis was to estimate the suitability of different water treatment options for Yara Finland’s fertilizer plant’s process waters in Siilinjärvi. The fertilizer plant process waters are high concentrate and especially nitrogen concentrations are high, which bring challenge to the treatment. At the theoretical part was investigated conventional and as well advanced wastewater treatment methods like reverse osmosis, adsorption and ion exchange. Beside different treatment methods corporate environmental requirements, responsibility and strategies were researched. At the empirical part of the thesis the goal was to find out possibil-ities to intensify the efficiency of purification at lamella clarifier with chemical precipitation. In addition possibility to use already existing chemical purifying plant for process waters was estimated. As a result of the research Yara has a possibility to intensify lamella clarifier’s action by addi-tion of calcium hydroxide and thus to obtain the phosphorus and fluorine to precipitate out of the water. But in practice this would be too expensive. It is possible to eliminate nitrogen compounds by adsorption or ammonia stripping, both methods requires additional testing. It is possible to process waters in chemical purifying plant, if ammonium nitrogen has been reduced before. Reverse osmosis is possible to exploit for the phosphoric acid plant’s waters.

Siuntion Syvälammen kunnostussuunnitelma : Siuntion kuntakohtainen järvikunnostusohjelma

Siuntion kuntakohtainen järvikunnostusohjelma aloitettiin vuonna 2007 Karhujärvestä. Tällöin Karhujärvelle tehtiin kunnostussuunnitelma, johon kuului perustilan selvitys ja laskennallinen kuormitusselvitys. Hanketta jatkettiin vuosina 2008 - 2010 tekemällä vastaavanlainen selvitys Tjusträskille ja Vikträskille. Ohjelmaa jatkettiin vuonna 2011 valitsemalla uudeksi kohteeksi Syvälampi ja tekemällä tälle perustilan selvitys. Vuonna 2012 Syvälammelle tehtiin kuormitusselvitys ja siihen ja perustilan selvitykseen pohjautuva kunnostussuunnitelma. Syvälampeen tuleva ulkoinen kuormitus on laskennallisesti arvioituna vähäistä eikä siihen kohdistu vähentämistarvetta. Erittäin tärkeää on seurata valuma-alueella tapahtuvia muutoksia ja tarvittaessa reagoida ajoissa niihin. Kalasto on rakenteeltaan ahvenvaltainen ja siinä on tarpeeksi petokaloja. Kalaston rakenteen säilyttäminen on tällä hetkellä hyvä tavoite. Kasvillisuutta ei ole tarpeen poistaa. Vesikasvillisuutta on hyvin vähän ja sen merkitys järven tilalle on luultavasti leväkukintojen esiintymistä vähentävä. Syvälammessa esiintyy säännöllisesti happikatoja. Samoin pohjan läheisen veden kokonaisfosforipitoisuus on moninkertainen pinnan läheisen veden pitoisuuteen verrattaessa, mikä kertoo sisäisestä kuormituksesta. Hapettamalla voidaan vähentää sisäistä kuormitusta. Ennen kuin hapettamista lähdetään suosittelemaan järven kunnostusmenetelmäksi, ehdotetaan otettavan ainakin yksi ylimääräinen vesinäyte marraskuussa. Jos Syvälammen tila alkaa heiketä, esimerkiksi leväkukintojen tai kalakuolemien esiintymisen muodossa; kannattaa miettiä hapetussuunnitelman tekemistä. Kyseisessä suunnitelmassa tulee ottaa huomioon hapetuksen vaikutus järven meromiktiseen luonteeseen. Tällä hetkellä hapetusta ei kuitenkaan nähdä vielä tarpeellisena, vaan resurssit kannattaa kohdistaa tilan seurantaan. Veden laadun seuranta on erittäin tärkeää, jotta muutokset järven tilassa nähdään ajoissa. Happipitoisuuden seurantaa varten suositellaan ostettavan happimittari, jonka käytön ja huoltamisen joku paikallisista opettelee huolellisesti.

Sipoon Byträsketin kunnostussuunnitelma : Sipoon kuntakohtainen järvikunnostussuunnitelma

Uudenmaan Elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus jatkoi vuonna 2010 Uudenmaan ympäristökeskuksen vuonna 2006 aloittamaa järvien kuntakohtaista kunnostusohjelmaa. Sipoon kunta tuli mukaan ohjelmaan loppuvuonna 2010. Tällöin Savijärvelle tehtiin kunnostussuunnitelma. Ohjelmaa jatkettiin vuonna 2011 tekemällä Byträsketille perustilan selvitys ja vuoden 2012 aikana laskennallinen kuormitusselvitys ja näihin pohjautuva kunnostussuunnitelma. Byträsket on matala, rehevä ja umpeenkasvava järvi. Järvi kuuluu Natura 2000 -verkostoon siellä esiintyvien täplälampikorennon ja lampisukeltajan vuoksi, mikä on huomioitava kunnostustoimia tehtäessä. Ulkoinen kuormitus ylittää sekä sallitun että kriittisen tason. Byträsketissä on myös sisäistä kuormitusta. Järveen tulevaa kuormitusta olisi hyvä saada vähennettyä noin 50 kg eli 80–85 %. Byträsketissä on esiintynyt happikatoja talvisin. Hapetus vähentäisi sisäistä kuormitusta ja parantaisi sitä kautta veden laatua. Tämä mahdollistaisi kalastolle paremmat elinolot. Byträsketin virkistyskäyttö on vähäistä, joten on epävarmaa saadaanko hapetukselle rahoittajia. Tärkeää olisi varmistaa, että kalat pääsevät nousemaan merestä kudulle Byträsketiin. Byträsketille ei suositella tällä hetkellä tehokalastusta, vaikka kalaston rakenne on ruutanavaltainen. Järven happitilanne ei mahdollista muiden kalalajien kuin ruutanan (ja suutarin) esiintymisen. Kasvillisuus on hyvin tiheää ja aiheuttaa järven umpeenkasvua. Järvelle pääsy on käytännössä estynyt. Tiheä vesikasvillisuus on mahdollistanut täplälampikorennon ja lampisukeltajan esiintymisen. Tärkeää olisi säilyttää järven kasvillisuus sellaisena, että edellä mainitut lajit pystyvät alueella elämään ja lisääntymään. Veden laatua pitää seurata, jotta kunnostusten vaikutukset tai järven tilan muutokset huonompaan suuntaan nähdään ajoissa. Tällöin voidaan ohjata toimenpiteitä oikeaan suuntaan, jos veden laadussa näkyy muutoksia.

Sammatin Enäjärven kunnostussuunnitelma

Lohjan kuntakohtainen järvikunnostusohjelma aloitettiin vuonna 2010 tekemällä Kirmusjärvelle kunnostussuunnitelma. Ohjelmaa jatkettiin vuonna 2011 Enäjärven kunnostuksen suunnittelulla. Uudenmaan ELY-keskuksen, Lohjan ja Salon kaupunkien ja Enäjärven suojeluyhdistyksen yhteistyöprojektina päätettiin tehdä Enäjärvelle yleisluontoinen kunnostussuunnitelma. Enäjärven kunnostuksessa on tärkeintä ulkoisen kuormituksen vähentäminen. Ulkoista kuormitusta tulee laskennallisesti arvioiden eniten peltoviljelystä, joten toimenpiteitä kannattaa suunnata maatalouden kuormituksen vähentämiseen. Kalasto on särkikalavaltainen. Rakennetta on yritetty parantaa useina vuosina hoitokalastuksilla. Toimintaa suositellaan jatkettavan. Kalastuksen säätelyssä kannattaa ottaa huomioon kuhalle sopivat suositukset, kuten verkkojen solmuvälirajoitus ja alamitta. Enäjärven kasvillisuutta voidaan poistaa maltillisesti sen haitatessa virkistyskäyttöä. Vesikasvillisuus luultavasti vähentää leväkukintojen esiintymistä. Uitinsalmen ruoppauksesta tulisi tehdä ruoppaussuunnitelma. Enäjärvessä on hapetustarvetta ja sille esitetään tehtäväksi tarkempi hapetussuunnitelma, mistä ilmenee juuri kyseiseen järveen teholtaan ja muilta ominaisuuksiltaan sopiva laitteisto, järven hapetustarve ja laitteen sijainti. Järvessä esiintyy myös sulkasääsken toukkia, joille alhainen happipitoisuus tarjoaa suojapaikan. Hapetus saattaa poistaa toukkien suojapaikan ja altistaa ne kalojen saalistukselle. Enäjärven luusuaan voidaan rakentaa pohjapato tehdyn suunnitelman mukaisesti järven virkistyskäytön parantamiseksi. Veden laadun seuranta on erittäin tärkeää, jotta eri menetelmien vaikutukset järven tilaan nähdään ajoissa. Tällöin on mahdollista tehostaa jotain toimintaa ja siirtyä johonkin vaihtoehtoiseen tapaan, jos tila esimerkiksi huononee. Happipitoisuuden seurantaa varten suositellaan ostettavan happimittari, jonka käytön ja huoltamisen joku paikallisista opettelee huolellisesti.

Loviisan Särkjärven perustila : Loviisan kuntakohtainen järvikunnostussuunnitelma

Loviisan kaupunki tuli mukaan Uudenmaan ympäristökeskuksen vetämään järvien kuntakohtaiseen kunnostusohjelmaan vuonna 2007. Ohjelmassa on tehty Valkon taajamassa sijaitsevalle Valkolammelle perustilan selvitys vuonna 2007, kunnostussuunnitelma vuonna 2008 ja ruoppaus- ja/tai vesikasvien poistosuunnitelma vuonna 2009. Vuonna 2011 tuli uudeksi kohteeksi Hopjärvi ja sille tehtiin perustilan selvitys. Vuonna 2012 jatkettiin ohjelmaa tekemällä Särkjärvelle perustilan selvitys. Särkjärvi sijaitsee Loviisan Ruotsinpyhtäällä. Järvi on matalahko ja karu, eikä siinä ole tehty kunnostustoimenpiteitä. Selvityksen mukaan Särkjärven tila on hyvä eikä siinä ole kunnostustarvetta. Järveen tuleva ulkoinen kuormitus on karttatarkastelun perusteella vähäistä. Metsätaloudellisissa toimenpiteissä olisi hyvä huomioida vaikutukset veden laatuun ja pyrkiä vähentämään kuormituksen määrää. Happipitoisuus on ollut sekä pinnanläheisessä hyvä kaikkina vuodenaikoina. Samoin pohjanläheisessä vedessä happipitoisuus on pysynyt pääosin hyvänä. Koekalastuksen perusteella Särkjärvelle ei tarvita tehokalastuksia. Tilannetta tulee seurata tarkasti, sillä mikäli järven ulkoinen kuormitus lähivuosina lisääntyy, esimerkiksi lähialueella tehtävien suurten maanrakennusurakoiden seurauksena, saattaa kalakannan ja vedenlaadun muutos olla hyvinkin nopea. Kasvillisuus ei aiheuta haittaa järven virkistyskäytölle ja sillä on todennäköisemmin järven veden laatua parantava vaikutus. Järven tilaa ehdotetaan seurattavan kaksi kertaa vuodessa otettavilla vesinäytteillä. Toinen näytteistä olisi hyvä ottaa lopputalvella maaliskuussa ja toinen kesällä heinä-elokuussa. Kesäiseen näytteenottoon olisi hyvä sisällyttää klorofylli-a-pitoisuuden määritys.

Kalojen elintila kaventunut Uudellamaalla : Rannikkovesien tila huolestuttava

Uudenmaan rannikkoalueet ovat voimakkaasti rehevöityneet. Saaristossa alusveden happipitoisuudet kääntyivät yleisesti jyrkkään laskuun 2000-luvulla ja tänä päivänä saariston pohjien pinta-alasta ja myös vesitilavuudesta huomattava osa on loppukesällä pohjaeläimille, kaloille ja eläinplanktonille elinkelvotonta happivajeen takia. Tapahtuneet muutokset ovat parantaneet useiden särkikalojen lisääntymisolosuhteita sisälahdilla samalla kun monien muiden kalalajien elinolosuhteet ulompana saaristossa ovat heikentyneet. Hapettomuudesta johtuva sisäinen ravinnekuormitus lienee tärkeä syy sille, että Uudenmaan saaristoalueiden vesien tilassa ei ole havaittavissa kohenemisen merkkejä. Käytännössä kotimaisen ravinnekuormituksen vähentämistoimenpiteet ovat olleet liian tehottomia.

Kirkkaasta sameaan : Meren kuormitus ja tila Saaristomerellä ja Ahvenanmaalla

Tässä raportissa tarkastellaan Saaristomeren ja Ahvenmaan merialueen kuormitusta ja tilaa ja niissä viime vuosikymmeninä tapahtuneita muutoksia vuosiin 2008 ja 2009 saakka. Pääpaino on ravinnekuormituksessa ja veden laadussa, mutta mukana on taustatietoa ja muun muassa katsaus kalakannoista. Saaristomeren ja Ahvenanmaan merialueen tila on heikentynyt huomattavasti viimeisten vuosikymmenten aikana. Erityisesti fosforin ja a-klorofyllin määrät ovat kasvaneet ja näkösyvyys pienenentynyt. Viimeisen kymmenen vuoden aikana pintaveden fosforipitoisuuden kasvu on laantunut suurimmassa osassa aluetta, mutta pohjanläheisessä vesikerroksessa ja talvella fosforipitoisuus on jatkanut kasvuaan monin paikoin viime vuosiin asti. Myös a-klorofyllin määrä on lisääntynyt ulko- ja välisaaristossa 2000-luvullakin. Viime vuosina klorofyllipitoisuuden kasvu on kuitenkin laantunut tai pitoisuus laskenut varsinkin rannikonläheisissä vesissä. Merialueen suurin paikallinen ravinnekuormittaja on maatalous, mutta varsinkin typpeä tulee runsaasti myös ilmalaskeumana. Sisäinen kuormitus ja virtausten mukana Suomenlahdelta ja muualta Itämereltä tulevat ravinteet heikentävät niin ikään merialueen tilaa. Muita ravinnelähteitä ovat mm. haja-asutus, jätevedenpuhdistamot ja kalankasvatus. Ahvenanmaan merialueelle ravinteita tulee enemmän muualta kuin Ahvenanmaalta. Hajakuormituksessa on tapahtunut viime vuosikymmeninä selviä vuodenaikaisia muutoksia. Vuosina 1990 – 2009 jokien mereen tuoma ravinne- ja kiintoainekuormitus on ollut talvisin ja syksyisin selvästi suurempaa kuin vuosina 1970 – 1989. Talviaikaisen kuormituksen lisääntyminen johtuu aiempaa lauhemmista talvista, ja antaa viitteitä ilmastonmuutoksen mukanaan tuomista muutoksista. Vaikka Saaristomeren ja Ahvenanmaan merialueen tilassa on ollut viime aikoina nähtävissä myönteisiäkin merkkejä, on niiden tila edelleen huolestuttava. Ainoa keino merialueen tilan parantamiseksi on kuormituksen huomattava vähentäminen. Vähentäminen koskee niin paikallisia ravinnelähteitä, erityisesti maataloutta, kuin muualta Itämereltä virtausten mukana tulevia ravinteita ja ilmalaskeumaa.

Kirkkonummen Syväjärven perustila : Kirkkonummen järvikohtainen järvikunnostusohjelma

Kirkkonummen kunta on ollut mukana Uudenmaan ympäristökeskuksen aloittamassa kuntakohtaisessa järvikunnostusohjelmassa vuodesta 2006 asti, jolloin tehtiin Kalljärven perustilan selvitys. Tämän jälkeen Uudenmaan ELY-keskuksen ja Kirkkonummen kunnan neuvotteluiden seurauksena päätettiin selvittää myös Djupströmin eli Syväjärven perustila. Syväjärvi on kerättyjen tietojen valossa matala ja rehevä järvi. Käyttökelpoisuusluokituksessa 2000–2003 se oli luokassa 4 välttävä. Järven suurimmat ongelmat näyttäisivät kohdistuvan veden korkeisiin ravinnepitoisuuksiin ja talviaikaisiin happivajeisiin tai suoranaisiin happikatoihin. Järvi luokitellaan nykyisten ravinnepitoisuuksien perusteella erittäin reheväksi. Toisaalta korkeat fosfori- ja typpitasot eivät näy suoraan leväkukintojen määrissä. Syväjärvellä särki oli sekä biomassaosuudeltaan että lukumäärältään selkeästi yleisin laji. Särjen osuus saaliin painosta oli 48 ja lukumäärästä 60 prosenttia. Ahvenkalojen osuus saaliin biomassasta oli 18 % ja yksilömäärästä 35 %. Särkikalojen biomassaosuus, 82 %, saaliista oli hyvin korkea, mikä kyllä kuvaa Syväjärven tyyppisten, matalien ja rehevien järvien kalakannan rakennetta. Matalassa ja ravinteikkaassa järvessä, jossa auringon valo pääsee kasvukaudella tunkeutumaan järven pohjaan asti, on vesikasvien runsastumiselle hyvät olosuhteet. Tämän vuoksi Syväjärvessä on paikoin erittäin tiheää vesikasvillisuutta, jonka seurauksena on ollut vesialueiden umpeenkasvua. Syväjärveen kohdistuu melko paljon virkistyskäyttöpaineita. Järven valuma-alueella ja sen läheisyydessä on viime vuosina ollut paljoin uudisrakentamista ja lisäksi järvellä on vilkas uimaranta. Vedenlaatutulosten perusteella järven vedenlaatu näyttäisi kuitenkin heikentyneen vuosien mittaan. Jotta järven virkistyskäyttöarvoa saataisiin parannettua, tulisi järvelle aloittaa kunnostussuunnittelu.

Loviisan Hopjärven perustila vuonna 2011 : Loviisan kuntakohtainen järvikunnostusohjelma

Loviisan kaupunki tuli mukaan Uudenmaan ympäristökeskuksen vetämään järvien kuntakohtaiseen kunnostusohjelmaan vuonna 2007. Kohteeksi valittiin Loviisan Valkon taajamassa sijaitseva Valkolampi. Järvi kärsii mataluudesta ja erityisesti osmankäämien ja vesisammalien aiheuttamasta umpeenkasvusta. Valkolammelle tehtiin kunnostussuunnitelma, jossa esitettiin tehtäväksi tarkempaa ruoppaussuunnitelmaa ja/tai vesikasvien poistosuunnitelmaa. Työtä jatkettiin vuonna 2009 tekemällä Valkolammelle ruoppaus- ja/tai vesikasvien poistosuunnitelma. Ohjelmaa jatkettiin vuonna 2011 tekemällä Hopjärvelle perustilan selvitys. Hopjärvi sijaitsee Loviisassa Hopomin kylässä. Järvi on matala ja rehevä ja sen suurin ongelma on umpeen kasvaminen. Järvessä on ollut leväkukintoja muutamina viime syksyinä. Vesikasvit voivat vähentää leväkukintoja, mutta syksyllä niiden vaikutus vähenee niiden kuollessa vähitellen. Kalasto on havaittu särkikalavaltaiseksi nuottauksissa. Happipitoisuus on ollut pinnanläheisessä vedessä hyvä kaikkina vuodenaikoina. Samoin pohjanläheisessä vedessä happipitoisuus on pysynyt pääosin hyvänä. Muutamina talvina happipitoisuus on kuitenkin ollut alhainen. Järveen tulevaa kuormitusta on arvioitu viimeksi tarkemmin vuonna 1990. Tilanne valuma-alueella on voinut muuttua selvästi vuosien kuluessa. Hopjärven kuormitusselvitystä ehdotetaan päivitettäväksi. Hopjärvessä on selvää kunnostustarvetta. Järvelle ehdotetaan tehtäväksi laskennallinen kuormitusselvitys ja siihen sekä perustilan selvitykseen pohjautuva kunnostussuunnitelma.

Sipoon Mörtträsketin kunnostussuunnitelma

Mörtträsketin perustilaselvitys, laskennallinen kuormitusselvitys ja näihin pohjautuva kunnostussuunnitelma tehtiin osana Uudenmaan elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskuksen ja Sipoon kunnan järvien kuntakohtaista kunnostusohjelmaa. Mörtträsket on matala, rehevä ja umpeenkasvava järvi, jossa ei ole toteutettu kunnostustoimenpiteitä. Järveä käytetään virkistyskäyttötarkoitukseen. Mörtträsketin tilaa on seurattu Ahtilan toipilaskodin jätevedenpuhdistamon vesistötarkkailuna säännöllisesti vuodesta 1969. Mörtträsket on ruskeavetinen ja runsashumuksinen sekä luokiteltavissa ravinteisuuden perusteella ylireheväksi, lisäksi se kärsii talviaikaisista happiongelmista sekä sisäisestä kuormituksesta. Mörtträsketin kasvillisuus on runsasta ja järven voi kasvillisuuden perusteella tulkita kärsivän rehevöitymisestä ja umpeenkasvusta. Selvää umpeenkasvua on jo havaittavissa erityisesti lahdelmissa, mutta myös avovesialueella. Merkittävimmät kasvilajit ovat ulpukka, järvikorte, leveäosmankäämi, kaitapalpakko ja sarat. Myös uposlehtistä pikkuvitaa esiintyy laajoilla alueilla. Ulkoinen kuormitus ei ole erityisen suurta, eikä merkittäviä pistekuormittajia ole. Kuitenkin Mörtträsketissä esiintyy runsasta vesikasvillisuutta, happiongelmia ja leväkukintoja ja vedenlaatu viittaa selkeästi rehevyysongelmiin. Tämän perusteella voidaan olettaa, että rehevyyttä ylläpitää sisäinen kuormitus. Mörtträsketin kunnostuksessa tulisi tavoitella parempaa happitilannetta ja vedenlaatua. Erityisen tärkeää on saada vähennettyä järven sisäistä kuormitusta. Sisäistä kuormitusta voidaan vähentää tehokalastuksella, hapetuksella ja kemiallisilla menetelmillä. Mörtträsketin kunnostamisessa suositellaan fosforin kemiallista saostamista yhtä aikaa vesikasvien maltillisen poistamisen kanssa. Poistot voidaan tehdä joko niittämällä tai ruoppaamalla. Molemmat edellyttävät tarkempia suunnitelmia. Samaan aikaan kannattaa lisätä happipitoisuuden seurantaa, jotta hapetussuunnitelman tekeminen olisi mahdollista. Lisäksi saostuksen vaikutuksia tulee arvioida vedenlaatunäytteiden avulla. Tässä vaiheessa voidaan miettiä hapetuksen tarpeellisuutta uudelleen hapetussuunnitelman yhteydessä.