Raudan- ja mangaaninpoisto tekopohjavesilaitoksella

Abstract

Pohjavesivarojen käyttö juomavedenvalmistuksessa on lisääntynyt Suomessa, minkä takia tekopohjaveden muodostaminen on lisääntynyt. Tekopohjavesi on aina luonnollisen ja imeytetyn pohjaveden seos, jolloin sen laatuun vaikuttaa pohjavesiesiintymän geologisen rakenteen ja virtauskuvan lisäksi imeytettävän raakaveden laatu. Suomen pohjavedet ovat tyypillisesti pehmeitä ja happamia. Veden korkeat rauta- ja mangaanipitoisuudet ovat yleinen ongelma hyödynnettäessä pohjavettä raakavesilähteenä. Rautaa ja mangaania poistetaan tyypillisesti hapetuksen ja suodatuksen yhdistelmällä. Ne voidaan hapettaa ilman hapen tai muun voimakkaan hapettimen avulla. Suodatinmateriaalina voi toimia esimerkiksi hiekka, kalkkikivi, antrasiitti, kvartsihiekka tai glaukoniittihiekka.

Työn kokeellisessa osassa selvitetään Ahveniston tekopohjavesilaitoksen raudan- ja mangaaninpoiston olosuhteiden optimointia. Laitoksen prosessi koostuu ilmastuksen ja pikahiekkasuodatuksen yhdistelmästä, jota edeltää kalkkimaidon syöttö. Laitokselle tulevan raakaveden rautapitoisuus vaihtelee välillä 47–261 µg/l ja mangaanipitoisuus välillä <1–53 µg/l. Laitoksen prosessin toimintaa tutkittiin ottamalla näytteitä tulevasta raakavedestä, ilmastetusta ja suodatetusta vedestä. Prosessi poistaa rautaa (76–96 %), mutta mangaani ei poistu ollenkaan. Olosuhteiden sopivuuden varmistamiseksi vedestä mitattiin pH, redox-potentiaali ja liuennut happi. Pilot-kokeilla selvitettiin ilmastuksen tehokkuuden vaikutusta raudan- ja mangaaninpoistoon. Raudanpoisto heikkeni suodatettavan veden happipitoisuuden kasvettua, mutta pysyi n. 90 %:ssa. Mangaaninpoisto käynnistyi molemmissa suodattimissa ilmastuksen tehostamisen ja mangaaninhapettajabakteerien lisäyksen jälkeen ollen tehokkaampaa hiekkasuodattimessa (vähenemä 74 %) kuin kalkkikivisuodattimessa (vähenemä 69 %). Kalkkikivisuodatuksen etuna on samanaikaisesti tapahtuva pH:n säätö. Huonona puolena kalkkikiven käytössä on tarve lisätä sitä kulumisen takia. Mangaanin poistumismekanismia sekä pilot-suodattimissa että laitoksen suodattimissa selvitettiin hyödyntämällä pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvia (SEM) ja energiadispersiivista alkuaineanalysaattoria (EDS). Saatujen tulosten perusteella Ahveniston suodatinhiekan pinnalle oli saostunut raudan lisäksi myös vähän mangaania, mutta mekanismia ei näiden tulosten perusteella voida todeta varmasti. SEM/EDS:n perusteella Lammin pohjavesilaitoksen suodatinhiekan pinnalla oli saostumia, jotka sisälsivät enemmän mangaania kuin rautaa.

Veden pH, Eh ja happipitoisuus ovat sopivat mangaaninpoistolle. Veden alkaliniteetti ja ammoniumpitoisuus sekä niiden vaikutus tulee selvittää. Mangaaninpoistoa voidaan yrittää tehostaa muuttamalla suodattimet kaksikerrossuodattimiksi (antrasiitti/hiekka) ja/tai lisäämällä suodattimiin mangaaninhapettajabakteereja toimivalta laitokselta. Kaksikerrossuodattimen toiminta ja kloorin vaikutus tulee selvittää pilot-kokeilla.