Arktisten alueiden typpi- ja raskasmetallipitoisten valumavesien puhdistaminen hybridipuhdistusratkaisuilla (TypArkt) -hankkeen loppuraportti

Abstract

<div lang="en" class="abs"><p class="abs_header">Abstract</p><p>In Finland, many human-derived processes, including mining, municipal wastewater treatment, urban runoff, agriculture, forestry and peat extraction, lead to nitrogen and/or heavy metal loads to recipient water bodies. It is often not cost-effective to build active water treatment units for many of these operations. This is true e.g., for mining operations (especially after mine closure), municipalities producing small amounts of wastewater (e.g., in holiday resorts), urban runoffs, peat extraction and agriculture. When active treatment options are not economically feasible, passive treatment options (bioreactors, moss pools) in various combinations with active treatment can be used to treat the water in a cost-efficient manner. It is expected that the demand for passive treatment options will increase in the future, because the quality limits required in water purification are being tightened and there is a need for year-round control of contaminant load to recipient water bodies.</p><p>In the TypArkt-project, the year-round monitoring of the hybrid purification systems built for the Pyhäsalmi mine in 2018 and in 2019 for the Kallo village wastewater treatment plant in Kittilä municipality has been continued to obtain longer-term performance data. In addition, the pilot structure designed for Levi’s stormwater treatment has been monitored, along with the mixed woodchip bioreactor built by the mine in October 2022 at the Kevitsa mine.</p><p>Based on the results, target metals can be well removed in Pyhäsalmi in the hybrid purification system, when the last part of the hybrid purification unit, wetland is left out from the study. However, the wetland, and especially the root clumps of lake sediment brought there from a metal-contaminated area, cause an increase in the concentration of metals when the water flows through the wetland. In the hybrid purification structure of Kallo village’s wastewater treatment plant, nitrogen can be removed by an average of slightly more than 30%, which is very good compared to the initial situation, where there was practically no removal at all. In Levi’s stormwater treatment, there has been a small purification box with moss and mushroom-woodchip units, and there are clear reductions in the concentration of nitrite+nitrate nitrogen, but there is variation of purification efficiency between the sampling times in terms of the small concentrations of metals. Nitrogen can be removed in the woodchip bioreactor built at the Kevitsa mine.</p><p>As a conclusion from the research results, it can be said that the retention of iron, in particular, requires a large settling tank volume. Birch-woodchip bioreactors in the purification units have worked well in the removal of both metals and nitrate nitrogen, and the community of sulfate-reducing bacteria in the bioreactor has formed over time. Moss accumulates metals in its biomass, e.g., the content of iron in dry biomass increased approximately 8 times in 14 months, and mushroom shavings accumulate metals especially over the long term. At the wetland, it is important to pay attention to the cleanliness of the materials brought there.</p></div>

<div lang="fi" class="abs"><p class="abs_header">Tiivistelmä</p><p>Suomessa ja erityisesti myös Suomen pohjoisosissa kylmissä olosuhteissa on monenlaista typpi ja/tai raskasmetallipitoista kuormitusta aiheuttavaa ihmistoimintaa, kuten kaivostoiminta ja jätevedenpuhdistamot. Erilaisia aktiivisia ja asianmukaisia vedenpuhdistusmenetelmiä on käytössä erityisesti toiminnassa olevilla kaivoksilla ja isoilla jätevedenpuhdistamoilla. Kustannusten vuoksi ei kaikkialle kuitenkaan ole järkevää rakentaa kokonaan aktiivista menetelmää vaan erilaiset passiivisten menetelmien (esim. bioreaktorit, sammalaltaat) sekä passiivisten ja aktiivisten menetelmien yhdistelmät voivat olla toimivia ratkaisuja esim. kaivosten jälkikäyttövaiheeseen, muutaman talon kyläyhteisön tai lomakylän jätevesienkäsittelyyn tai taajamien hulevesien käsittelyyn. Passiivisten puhdistusratkaisujen tarpeen ja kysynnän, yhdistettynä mahdollisesti aktiivisiin menetelmiin, odotetaan yhä kasvavan tulevaisuudessa, sillä vedenpuhdistukselle asetettavat vaatimukset tiukkenevat ja ympärivuotiselle kuormituksen hallinnalle on tarvetta.</p><p>TypArkt-hankkeessa on jatkettu vuonna 2018 Pyhäsalmen kaivokselle ja vuonna 2019 Kittilän kunnan, Kallon kylän, jätevedenpuhdistamolle rakennettujen hybridipuhdistusratkaisujen ympärivuotista seurantaa pidempiaikaisen toimivuustiedon saamiseksi. Lisäksi on seurattu Levin hulevesien käsittelyyn suunniteltua pilottirakennetta, ja Kevitsan kaivokselle kaivoksen lokakuussa 2022 rakentamaa sekapuuhakebioreaktoria.</p><p>Tulosten perusteella Pyhäsalmella saadaan hyvin poistettua tavoitemetalleja hybridipuhdistusrakenteessa, kun ei oteta huomioon hybridipuhdistusrakenteen viimeistä yksikköä, kosteikkoa. Kosteikko, ja erityisesti sinne metalleilla kontaminoituneelta alueelta tuodut järviruon juuripaakut, aiheuttavat kuitenkin metallien pitoisuuden lisääntymistä, kun vesi virtaa kosteikon läpi. Kallon kylän jätevedenpuhdistamon hybridipuhdistusrakenteessa saadaan typpeä poistumaan keskimäärin vähän yli 30 %, mikä on erittäin hyvä verrattuna lähtötilanteeseen, jossa poistumia ei käytännössä ollut juuri ollenkaan. Levin hulevesien käsittelyssä on ollut pieni puhdistuslaatikko sammal- ja sienihakeyksikköineen, ja siellä nitriitti+nitraattitypen pitoisuuden osalta saadaan selvästi vähenemiä, mutta metallien pienien pitoisuuksien vuoksi esiintyy vaihtelua näytteenottokertojen välillä. Kevitsan kaivokselle rakennetussa puuhakebioreaktorissa saadaan typpeä poistumaan.</p><p>Johtopäätöksenä tutkimustuloksista voidaan sanoa, että erityisesti raudan pidättäminen vaatii isoa laskeutusallastilavuutta. Puhdistusyksiköissä koivupuuhakebioreaktorit ovat toimineet hyvin sekä metallien, että nitraattitypen poistossa ja sulfaatinpelkistäjäbakteeriyhteisö bioreaktoriin muodostuu ajan kanssa. Sammal kerryttää biomassaansa metalleja, esim. raudan pitoisuus kuivabiomassassa noussut noin 8 kertaiseksi 14 kk aikana, ja sienihake kerryttää etenkin pitkäaikaisesti metalleja. Kosteikolla on tärkeä kiinnittää huomiota sinne tuotavien materiaalien puhtauteen.</p></div>