University of Oulu

Sedimentin kemikalointikäsittely : tutkimus rehevän ja sisäkuormitteisen järven kunnostusmenetelmän mitoituksesta sekä sen tuloksellisuuden mittaamisesta

Saved in:
Author: Väisänen, Tero
Organizations: University of Oulu, Faculty of Technology, Department of Process and Environmental Engineering
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 5.2 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514292989
Language: Finnish
Published: 2009
Publish Date: 2009-12-01
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Esitetään Oulun yliopiston teknillisen tiedekunnan suostumuksella julkisesti tarkastettavaksi Linnanmaan Raahensalissa (L10), 11. joulukuuta 2009 kello 12
Reviewer: Doctor Jukka Koski-Vähälä
Docent Hannu Nykänen
Description:

Abstract

There are many methods for the restorating a eutrophicated lake. This study has concentrated on chemical treatment of the sediment and the restoration measurements. This study is divided into three parts: studies of the chemical restoration of study lakes, the optimization of the sediment chemical restoration method, and the evaluation of the method effectiveness of the lake restoration.

According to the results, it is possible to adsorb phosphorus to the sediment and keep it adsorbed, but chemical treatment will not improve the long term phosphorus adsorption capacity of the sediments. Therefore, the internal phosphorus load from sediments is only temporarily decreased. Contrary to the claims of earlier studies, the chemical treatment should be executed with small doses successively over many years. In this case, the phosphorus from the hypolimnion and the interstitial water is engaged and stored in the sediment. The phosphorus will remain stored unless the acidity of the sediment changes so that the phosphorus-aluminum bond is broke. The most important factors in the sediment chemical restoration are the pH-reaction of the chemical and sediment-water mixture. Also, available phosphorus that can be engaged is important. In addition, the natural variety of the pH-value of the lake must be considered.

A laboratory test was made that compared the suitability of five different chemicals for the restoration of lakes. The tested chemicals were chemicals that are commonly used in the production of drinking water and in waste water treatment. The most suitable chemical for lake restoration was Kemira’s CFH0818 which had the best ability to engage phosphorus and the best pH-reaction.

The successfulness of the lake restoration can be determined from the phosphate in the interstitial water of the sediment as a primary source of internal phosphorus load. This diffusion calculation can be made in every restoration object before and after the restoration measures. Also, oxygen conditions, pH-value and the process environment of the breakdown of the organic material are determined as tools for the restoration measures. The use of the evaluation methods is mostly limited by the dynamic nature of the process environment over different seasons of the year. So for reliable restoration measurement one must know why, when and where the measurements are made.


Tiivistelmä

Rehevän järven kunnostamiseksi on useita menetelmiä: joista tässä tutkimuksessa on keskitytty sedimentin kemikaalikäsittelyyn sekä sen tuloksellisuuden mittaamiseen. Tutkimus jakautuu kolmeen osaan: kemikaalikunnostusten järvikohtaiseen tarkasteluun, sedimentin kemikaalikunnostuksen mitoituksen optimointiin sekä järvikunnostuksen tuloksellisuuden arvioimiseen.

Tutkimustulosten mukaan sedimentin kemikaloinnilla voidaan sitoa järvessä kiertävää fosforia sedimenttiin, mutta pysyvää sedimentin fosforinsidontakykyä kertaluontoisella kemikaloinnilla ei saavuteta. Järven sisäinen kuormitus siis hetkellisesti hidastuu, mutta ei lopu sedimentin kemikalointiin. Kemikalointi tulee tehdä pienin kerta-annoksin useana vuonna peräkkäin ja sedimentin pH:n tulisi säilyä välillä 6–8 läpi vuoden. Tällöin kemikaali varastoi sitomansa fosforin sedimenttiin. Kemikaalikunnostuksen tärkeimmät mitoitustekijät ovat kemikaalin pH-vaste vesimassaan ja sedimenttiin sekä sidottavissa oleva fosforimäärä kunnostettavassa järvessä.

Tutkimuksen mukaan PAX-18-kemikaali ja vastaavat liuosmaiset alumiini- ja rautakemikaalit eivät ole ensisijaisia järvikunnostuskemikaaleja. Ne on kehitetty juoma- ja jäteveden puhdistamiseen, eli sitomaan nopeasti fosforia ja orgaanista ainetta. Sitä vastoin laboratoriokokeen tulosten perusteella rakeiset adsorptio-kemikaalit, kuten Kemiran CFH0818 sitovat sedimentin fosforia itseensä ilman merkittäviä happamoitumisvaikutuksia.

Järvikunnostuksen tuloksellisuutta voidaan arvioida mittaamalla sedimentissä vapaana oleva fosfaattimäärä ja sedimentin hapetustila, happamuus sekä määrittämällä sedimentin fosforinsidontakyky. Mittaukset on tehtävä ennen ja jälkeen kunnostustoimia. Näiden mittausten perusteella voidaan kunnostustoimien tuloksellisuutta arvioida varsin luotettavasti. Tulosten käyttöä rajoittavat lähinnä muuttuvat prosessiolosuhteet eri vuodenaikoina ja toistaiseksi riittävän vertailuaineiston puute. Järvikunnostuksen tuloksellisuuden arvioimiseksi on tiedettävä kohdekohtaisesti miksi, milloin ja mistä mitataan, jotta arvio on luotettava.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN-E: 1796-2226
ISBN: 978-951-42-9298-9
ISBN Print: 978-951-42-9297-2
Issue: 345
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.