JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Työn tavoitteena oli tutkia jätevesiverkoston vedenlaadun seurantaa vuotovesien tarkastelussa. Kuinka vuotovedet näkyvät jäteveden laadullisissa mittauksissa, vaikuttavatko ne laadun vaihteluun sekä aiheutuvatko jätevesiverkoston vuotovedet pintavesien valunnasta vai pohjaveden pääsystä viemäriverkostoon? Jätevesiverkoston vuotovesillä tarkoitetaan verkostoon tahattomasti päätyviä pinta- ja pohjavesiä. Vuotovedet pääsevät jätevesiverkostoon yleensä rikkoutuneiden putki- tai kaivo-osien kautta. Jätevesiverkoston suuret vuotovesimäärät aiheuttavat monia ongelmia: ne pienentävät jätevesiverkoston kapasiteettia, lisäävät jätevesipumppaamoiden pumppausmäärää sekä laimentavat jätevettä, joka heikentää jätevedenpuhdistamon tehokkuutta. Näiden vuoksi vuotovesien määrä tulisi minimoida.

Tässä tutkimuksessa keskityttiin jäteveden laadullisiin mittauksiin ja ominaisuuksiin. Tutkimusaineiston pohjana oli jatkuvatoiminen mittalaite, jonka mittaus perustuu nesteen sähkömagneettisiin ominaisuuksiin ja mittaustuloksena saatiin systeemin sähkömagneettinen vaste 9 kuukauden ajalta. Vertailuaineistona mittalaitteiston tuloksiin käytettiin neljää 24 tunnin vedenlaadun näytteenottokampanjaa (esim. sähkönjohtavuus), jätevesivirtaamia, pohjaveden pinnankorkeuksia sekä sadanta-aineistoja. Mittauspaikkana toimi jätevesipumppaamo, jonka ympäristö on pääosin pientaloista koostuva asuinalue. Tutkimusalueen viemäriverkoston vanhimmat osat on rakennettu 1970-luvun loppupuolella ja alueen laajentuessa viemäreitä on rakennettu ja saneerattu aina 2010-luvulle saakka. Mittausaineistosta laadittiin aikasarja vaihtelusta eri hydrologisissa olosuhteissa ja tarkasteltiin analysoitujen vedenlaatumuuttujien välisiä korrelaatioita.

Tulosten perusteella nähdään, että jatkuvatoimisen mittauksen sekä 24 tunnin näytteenottokampanjoiden parametrien arvojen käyttäytyminen vaihtelee vuodenajan mukaan riippuen sulamis- ja sadevesien määrästä, jotka aiheuttavat jätevesiviemäreihin vuotovesiä. Kuitenkaan arvojen vaihtelusta ei voida sanoa onko muutoksen aiheuttanut pelkästään pohja- tai pintaveden pääsy jätevesiverkostoon, sillä ne ovat myös vuorovaikutuksissa keskenään. Lisäksi mittausten lähtötilanteessa verkostossa on voinut olla jo pohjavedestä aiheutuvia vuotovesiä, sillä tiedetään, että tutkimusalueella viemäriputket on asennettu paikoin pohjavesipinnan alapuolelle ja verkosto alkaa olla saneerausiässä.

Tutkimuksessa käytetyn jatkuvatoimisen mittalaitteen etuina oli helppo asennettavuus ja tarkka mittaus, josta voidaan huomata pieniäkin laadullisia muutoksia jätevesiverkostossa. Tätä tukee hyvät korrelaatioarvot muiden jäteveden laadullisten parametrien kanssa. Jatkuvatoiminen mittaus helpottaa jätevesiverkoston vedenlaadun mittausta pidemmällä aikajaksolla verrattuna näytteenottoon perustuvaan tutkimukseen. Kuitenkin tarvittaessa perinteisiä jäteveden laadullisia parametrejä, niin näytteenottoon perustuvalle mittauksella on vielä tarvetta. Joka tapauksessa tämä tutkimus toimii pohjana tuleville tutkimuksille ja mittauksille.

Wastewater network infiltration and inflow monitoring with electromagnetic response

Abstract

The objective of this work was to examine the water quality monitoring of the wastewater network to review infiltration/inflow (I/I) water conditions. How do I/I appear in the quality measurements of wastewater, are they affected by variations in quality and are the I/I in the wastewater network caused by surface water runoff or groundwater infiltration to the sewage system? Wastewater network I/I water are the surface water and/or the groundwater unwantedly ending up in the wastewater network. I/I water in general enter the wastewater network through broken pipes or manholes. Several problems arise with the large amount of leakage water in the wastewater network: they reduce the capacity of the wastewater network, increase the pumping volume of a wastewater pump station, and dilute the wastewater which reduces the efficiency of the wastewater treatment plant. Therefore, the amount of I/I water should be minimized.

This research focused on qualitative measurements and characteristics of wastewater. The basis of the research data was a continuous measuring device where measurement was based on the two electromagnetic property parameters of the liquid. It measured the electromagnetic response of the case site system over a period of nine months. In addition, four 24-hour water quality sampling campaigns (e.g. electrical conductivity), wastewater flows, groundwater surface elevations and precipitation data were used as reference material. The location of the measurement was a wastewater pump station where surrounding area is mainly a residential area consisting of detached houses. The oldest parts of the sewage network in the research area have been built in the late 1970s. As the area has been expanding sewers have been built and renovated until the 2010s. The measurement data produced a time series of variations in different hydrological conditions and examined the correlations between the water quality variables analysed.

Based on the results behaviour of continuous measurement data and the values of 24-hour sampling campaigns vary according to the time of the year depending on the amount of snow melting and stormwaters which cause I/I to the wastewater network. However, regarding the variation of values, it was not completely possible to determine was the change only caused by groundwater infiltration or surface water inflow into the wastewater network because the I/I was dependent of each other. Furthermore, at the beginning of measurements during wintertime, the wastewater network may already have had groundwater infiltration, as it was known that in the research area sewage pipes have been installed below the groundwater level in some locations and the network is estimated to be in the beginning of its restructuring age.

The benefits of the continuous measuring device, which was used in the study, were easy installation and accurate measurement. The device could detect even minor qualitative changes in the wastewater network. This was supported by good correlation values with other qualitative parameters of wastewater. Continuous measurement makes water quality monitoring of the wastewater network easier over a longer time period compared with grab sampling research. However, when needed, the traditional qualitative grab sample parameters of wastewater are still of use. This study shows the usefulness of the tested device and serves as a basis for future studies and measurements.