University of Oulu

Peat extraction runoff water purification in treatment wetlands constructed on drained peatlands in a cold climate

Saved in:
Author: Postila, Heini
Organizations: University of Oulu Graduate School
University of Oulu, Faculty of Technology, Environmental Engineering
Format: ebook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 4.2 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526212258
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2016
Publish Date: 2016-06-07
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in Auditorium GO101, Linnanmaa, on 17 June 2016, at 12 noon
Tutor: Professor Bjørn Kløve
Reviewer: Doctor Risto Uusitalo
Doctor Bärbel Tiemeyer
Opponent: Docent Ari Laurén
Description:

Abstract

Best available technology (BAT) should be used for peat extraction runoff purification. One currently used BAT technique is treatment wetland construction on pristine peatland, but under Finnish national strategies, new peat extraction areas should only be established on previously drained peatland and it can be challenging to find natural, intact peatland for treatment wetlands near these areas. This thesis evaluated the function and purification efficiency of treatment wetlands constructed on drained peatland and examined factors that could indicate their purification efficiency. The year-round removal efficiency of treatment wetlands established in drained or pristine peatland areas in a cold climate was also studied.

A first study examined the water flow processes in treatment wetlands constructed on drained peatland. In more than 50% of the 20 wetlands studied, the active flow depth was under 20 cm and water distribution was unequal.

A second study determined the purification efficiency of treatment wetlands constructed on drained peatland and examined factors indicating removal efficiency. The removal efficiency of suspended solids and inorganic nitrogen was good, but in some wetlands leaching of phosphorus and iron was observed, e.g. due to changes in peat properties, first after drainage and then after rewetting, altering e.g., oxygen conditions in the peat layer. The surface peat content of elements such as phosphorus, iron, aluminum, magnesium, manganese, and calcium can be used as a proxy to assess leaching of phosphorus.

A third study examined the year-round purification efficiency of treatment wetlands based on peat extraction load monitoring program values. Seasonal variation in the purification efficiency of constructed wetlands was observed for total nitrogen, ammonium-nitrogen, and chemical oxygen demand (CODMn).

Based on these results, it is possible to evaluate the suitability of different drained peatland areas for water purification purposes. Treatment wetlands were shown to generally purify runoff water during winter mainly as well as in other seasons, except for nitrogen and CODMn, but there may be variations between wetlands.


Tiivistelmä

Turvetuotannon valumavesien käsittelyssä tulee käyttää parasta saatavilla olevaa käyttökelpoista tekniikkaa, esimerkiksi luonnontilaisille suoalueille rakennettuja pintavalutuskenttiä. Valtakunnallisilla alueidenkäyttöstrategioilla turvetuotantoa ohjataan yhä enemmän jo aiemmin ojitetuille suoalueille. Näiden läheisyydestä ei välttämättä löydy sopivaa ojittamatonta suoaluetta pintavalutuskentän perustamista varten. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää miten ojitetuille suoalueille rakennetut pintavalutuskentät (kosteikot) toimivat ja puhdistavat valumavesiä sekä mitkä tekijät voivat kuvata niiden toimivuutta. Työssä selvitettiin myös ojittamattomille ja ojitetuille suoalueille rakennettujen pintavalutuskenttien ympärivuotista toimivuutta.

Työn ensimmäisessä osassa tutkittiin veden virtausta ojitetulle suoalueille rakennetuilla pintavalutuskentillä. Yli puolella tutkituista pintavalutuskentistä oli havaittavissa, että veden virtauskerros turpeessa oli matala (alle 20 cm) ja vesi jakautui pintavalutuskentälle epätasaisesti.

Työn toisessa osassa selvitettiin ojitetuille suoalueille rakennettujen pintavalutuskenttien puhdistustehokkuutta ja sitä indikoivia tekijöitä. Ojitetut pintavalutuskentät puhdistivat hyvin kiintoainetta ja epäorgaanista typpeä, mutta joillakin kohteilla oli havaittavissa fosforin ja raudan huuhtoutumista, mikä johtunee osaltaan kuivatuksen aiheuttamista muutoksista turpeessa ja happiolosuhteiden muutoksista uudelleen vesittämisen jälkeen. Erityisesti fosforin huuhtoumista voitiin alustavasti arvioida pintaturpeen fosfori-, rauta-, alumiini-, magnesium-, mangaani- ja kalsiumpitoisuuksien perusteella.

Työn kolmannessa osassa määritettiin olemassa olevan vedenlaatuaineiston avulla pintavalutuskenttien ympärivuotista puhdistustehokkuutta. Selvää vuodenaikaisvaihtelua ei havaittu kokonaistyppeä, ammoniumtyppeä ja kemiallisen hapenkulutuksen (CODMn)-arvoa lukuun ottamatta.

Työn tuloksia voidaan käyttää, kun arvioidaan etukäteen ojitettujen suoalueiden soveltuvuutta vedenpuhdistukseen. Kosteikot vaikuttivat pääasiassa typpeä ja CODMn-arvoa lukuun ottamatta olevan yhtä tehokkaita valumavesien puhdistajia myös talvella kuin muina vuodenaikoina, tosin kohteiden välillä oli vaihtelua.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN: 0355-3213
ISSN-E: 1796-2226
ISSN-L: 0355-3213
ISBN: 978-952-62-1225-8
ISBN Print: 978-952-62-1224-1
Issue: 570
Subjects:
suo
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.