Eri vesienkäsittelymenetelmien toimivuus raudan pidätyksen kannalta : kohteena Jäälinjärven valuma-alue Pohjois-Pohjanmaalla
Raumanni, Elina (2023-11-21)
Raumanni, Elina
E. Raumanni
21.11.2023
© 2023 Elina Raumanni. Ellei toisin mainita, uudelleenkäyttö on sallittu Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0) -lisenssillä (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Uudelleenkäyttö on sallittua edellyttäen, että lähde mainitaan asianmukaisesti ja mahdolliset muutokset merkitään. Sellaisten osien käyttö tai jäljentäminen, jotka eivät ole tekijän tai tekijöiden omaisuutta, saattaa edellyttää lupaa suoraan asianomaisilta oikeudenhaltijoilta.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202311223296
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202311223296
Tiivistelmä
Rauta on yleinen maankuoren metalli. Maankuoresta rapautunut rauta esiintyy luonnollisissa olosuhteissa liukoisena ferrorautana ja niukkaliukoisena ferrirautana. Hapellisissa vesissä rauta muodostaa niukkaliukoisia, ruskehtavia rautahydroksideja ja rautaoksideja. Raudalla on myös vahva taipumus kompleksoitua erityisesti humuksen kanssa. Rauta aiheuttaa vesien tummumista, jolla on vaikutusta koko vesiekosysteemille ja virkistyskäytölle. Rautaoksidit ja rauta-humussakat kertyvät kalojen kiduksiin ja vaikuttavat myös vesi-infrastruktuuriin. Vesistöjen rautapitoisuudet ovat kasvaneet viime vuosikymmeninä. Raudan ja humuksen liikkeelle lähtöön maaperästä vaikuttaa muun muassa maan kuivatus ojittamalla sekä ilmastolliset ja hydrologiset tekijät.
Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää eri vesienkäsittelymenetelmien toimivuutta raudan pidättäjänä Jäälinjärven valuma-alueella Oulussa. Tutkittavina vesienkäsittelyrakenteina oli kaksi kosteikkoa, laskeutusallas, pyörreallas ja puuniput, jotka sijaitsevat Jäälinjärven läheisyydessä. Lisäksi tutkittiin biopolymeerin vaikutusta raudan laskeuttajana. Tutkimusmenetelminä käytettiin vesinäytteiden ottoa ja mitattiin kokonaisrauta-, liuennut rauta-, kiintoaine-, kokonaisfosfori- ja fosfaattifosforipitoisuutta. Sameutta, humuspitoisuutta, redox-olosuhteita, pH:ta, sähkönjohtavuutta, lämpötilaa ja vedenpinnan vaihtelua seurattiin jatkuvatoimisilla mittareilla. Lisäksi veden
laatuparametreja (sameus, happimäärä, happipitoisuus, pH, lämpötila ja sähkönjohtavuus) seurattiin kertaluontoisilla mittauksilla. Käytössä oli myös ilman lämpötila, sademäärä ja virtaamatiedot.
Tuloksena saatiin, että testatut vesienkäsittelymenetelmät pystyivät pidättämään rautaa vain hyvin vähän. Rauta laskeutuu jonkin verran, mutta laskeutuminen on hidasta, joten veden viipymä on merkittävä tekijä vesienkäsittelyrakenteen puhdistustehokkuuteen. Suuri, 3,5 hehtaarin suuruinen, Jäälinjärvestä erotettu laskeutusallas toimi parhaiten raudan laskeuttajana. Pyörreallas laskeutti rautaa vähän. Myös puuniput pidättivät rautaa vähän ainakin ensimmäisenä vuotena, kun biofilmi sai kehittyä. Kosteikot toimivat sekä raudan pidättäjänä että raudan vapauttajana. Biopolymeeri ei toiminut raudan laskeuttajana. Koska vesienkäsittelyrakenteet toimivat huonosti raudan pidättäjänä, tärkeintä olisi ennaltaehkäistä raudan huuhtoumaa. Iron is a common metal in bedrock and soil. Iron disintegrated from the bedrock occurs under natural conditions as soluble ferrous iron and low soluble ferric iron. In oxygenated waters, iron forms low soluble, brownish iron hydroxides and iron oxides. Iron also has a strong tendency to complex, especially with humus. Iron causes the waters to darken, which affects the entire water ecosystem and recreational use. Iron oxides and iron-humus precipitate accumulate in the gills of fish and affect the water infrastructure. Iron concentrations in water bodies have increased in recent decades. The movement of iron and humus from the soil is affected for example by soil drainage and climatic and hydrological factors.
The purpose of this master thesis was to find out the effectiveness of different natural water treatment methods as iron reducers in the catchment area of Jäälinjärvi in Oulu. The investigated water treatment structures were two wetlands, a settling basin, vortex basin and bundles of wood located near lake Jäälinjärvi. In addition, the effect of the biopolymer as an iron precipitator was investigated. The used research methods were water sampling and measuring the content of total iron, dissolved iron, suspended solid, total phosphorus and phosphate phosphorus. Turbidity, humus content, redox conditions, pH, electrical conductivity, temperature, and water level were monitored with a continuous meter. In addition, water quality parameters (turbidity, oxygen content, oxygen concentration, pH, temperature, and electrical conductivity) were monitored with one-time measurements. Also, air temperature, precipitation and discharge data were used.
The result was that the tested water treatment methods were only able to reduce very little iron. Iron settles a little, but the settling is slow, so the retention of water is a significant factor in the cleaning efficiency of the water treatment structure. The large, 3.5-hectare settling basin separated from Jäälinjärvi worked best as an iron settling. The vortex settling basin settled the iron a little. The bundles of wood also reduced a little iron, at least in the first year, when the biofilm was allowed to develop. Wetlands act as both an iron reducer and iron releaser. The biopolymer didn't work as an iron precipitator. Since water treatment structures work poorly as iron reducers, the most important thing would be to prevent iron leaching.
Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää eri vesienkäsittelymenetelmien toimivuutta raudan pidättäjänä Jäälinjärven valuma-alueella Oulussa. Tutkittavina vesienkäsittelyrakenteina oli kaksi kosteikkoa, laskeutusallas, pyörreallas ja puuniput, jotka sijaitsevat Jäälinjärven läheisyydessä. Lisäksi tutkittiin biopolymeerin vaikutusta raudan laskeuttajana. Tutkimusmenetelminä käytettiin vesinäytteiden ottoa ja mitattiin kokonaisrauta-, liuennut rauta-, kiintoaine-, kokonaisfosfori- ja fosfaattifosforipitoisuutta. Sameutta, humuspitoisuutta, redox-olosuhteita, pH:ta, sähkönjohtavuutta, lämpötilaa ja vedenpinnan vaihtelua seurattiin jatkuvatoimisilla mittareilla. Lisäksi veden
laatuparametreja (sameus, happimäärä, happipitoisuus, pH, lämpötila ja sähkönjohtavuus) seurattiin kertaluontoisilla mittauksilla. Käytössä oli myös ilman lämpötila, sademäärä ja virtaamatiedot.
Tuloksena saatiin, että testatut vesienkäsittelymenetelmät pystyivät pidättämään rautaa vain hyvin vähän. Rauta laskeutuu jonkin verran, mutta laskeutuminen on hidasta, joten veden viipymä on merkittävä tekijä vesienkäsittelyrakenteen puhdistustehokkuuteen. Suuri, 3,5 hehtaarin suuruinen, Jäälinjärvestä erotettu laskeutusallas toimi parhaiten raudan laskeuttajana. Pyörreallas laskeutti rautaa vähän. Myös puuniput pidättivät rautaa vähän ainakin ensimmäisenä vuotena, kun biofilmi sai kehittyä. Kosteikot toimivat sekä raudan pidättäjänä että raudan vapauttajana. Biopolymeeri ei toiminut raudan laskeuttajana. Koska vesienkäsittelyrakenteet toimivat huonosti raudan pidättäjänä, tärkeintä olisi ennaltaehkäistä raudan huuhtoumaa.
The purpose of this master thesis was to find out the effectiveness of different natural water treatment methods as iron reducers in the catchment area of Jäälinjärvi in Oulu. The investigated water treatment structures were two wetlands, a settling basin, vortex basin and bundles of wood located near lake Jäälinjärvi. In addition, the effect of the biopolymer as an iron precipitator was investigated. The used research methods were water sampling and measuring the content of total iron, dissolved iron, suspended solid, total phosphorus and phosphate phosphorus. Turbidity, humus content, redox conditions, pH, electrical conductivity, temperature, and water level were monitored with a continuous meter. In addition, water quality parameters (turbidity, oxygen content, oxygen concentration, pH, temperature, and electrical conductivity) were monitored with one-time measurements. Also, air temperature, precipitation and discharge data were used.
The result was that the tested water treatment methods were only able to reduce very little iron. Iron settles a little, but the settling is slow, so the retention of water is a significant factor in the cleaning efficiency of the water treatment structure. The large, 3.5-hectare settling basin separated from Jäälinjärvi worked best as an iron settling. The vortex settling basin settled the iron a little. The bundles of wood also reduced a little iron, at least in the first year, when the biofilm was allowed to develop. Wetlands act as both an iron reducer and iron releaser. The biopolymer didn't work as an iron precipitator. Since water treatment structures work poorly as iron reducers, the most important thing would be to prevent iron leaching.
Kokoelmat
- Avoin saatavuus [32227]