Otanmäen yhdyskunnan jätevesien kosteikkopuhdistuksen
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Yksikkö Kuopio ARKISTORAPORTTI 47/2015 3.9.2015 OTANMÄEN YHDYSKUNNAN JÄTEVESIEN KOSTEIKKOPUHDISTUKSEN TOIMIVUUS VUONNA 2004 JA SUOSITUKSET TOIMIVUUDEN PARANTAMISEKSI Jari Mäkinen ja Marja Liisa Räisänen Kuva 1. Otanmäen kosteikkopuhdistamo vanhan kaivoksen läjitysalueella, Vuolijoki. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 3.9.2015 KUVAILULEHTI Tekijät Raportin laji Jari Mäkinen Marja Liisa Räisänen Arkistoraportti Toimeksiantaja Raportin nimi Otanmäen yhdyskunnan jätevesien kosteikkopuhdistuksen toimivuus vuonna 2004 ja suositukset toimivuuden parantamiseksi Tiivistelmä Tässä tutkimuksessa selvitettiin Otanmäen taajaman jätevesien kosteikkopuhdistuksen toimivuutta. Tutkimusaineisto koostui maastokartoituksesta, kosteikkoalueen ja sen alapuolisten vesistöjen pintavesi- ja sedimenttinäytteistä sekä niiden analyysituloksista. Näytteenotto toteutettiin vaiheittain maaliskuun ja huhtikuun vaihteessa, toukokuussa ja kesäkuun alussa 2004. Kosteikolle tulevan veden kokonaistyppi- ja ammoniumtyppimäärät olivat 3,2 kg/d ja 2,8 kg/d kosteikon alkuosassa ja 1,9 kg/d ja 0,2 mg/d ulosvirtaavassa vedessä. Ammoniumtypen pidättyminen oli mittausajan-kohtana noin 90 % ja kokonaistypen vähintään 40 % ja enintään 55 %, kun laskelmissa huomioidaan myös rikastushiekan suotovesien typpipitoisuus. Kokonaistypen osalta heikompaa pidättymistä vähentää sedimenteistä vapautuvat ravinteet veden virratessa kosteikon läpi. Fosforin osalta pidättyminen kosteikon sedimentteihin ja kasveihin oli lähes 100 %. Fosforimäärä kosteikolle tulevassa vedessä oli kesäkuun alussa 0,6 kg/d. Kosteikkoalueelta poistuvassa vedessä fosforin määrä oli <0,009 kg/d. Kosteikkopuhdistamon kautta kulkevaan jäteveteen sekoittuu rikastushiekka-altaan raskasmetalli- ja rikkipitoista suotovettä. Osa metalleista pidättyy niukkaliukoisina kompleksiyhdisteinä kosteikon orgaaniseen ainekseen, osa niukkaliukoisina sulfideina ja vain murto-osa kulkeutuu liukoisessa muodossa Lintualtaaseen ja edelleen Vuottolahteen. Vedet puhdistuvat lopullisesti läjitysalueen ulkopuolella olevalla kosteikko-osalla ja Lintualtaalla sedimentaation kautta. Kosteikon puhdistustehon parantamiseksi ehdotettiin kosteikolle tulevan vesimäärän vähentämistä ja/tai veden viipymän lisäämistä laajentamalla kosteikkoaluetta (padotus, porrastus). Rikastushiekan liettymisen estämiseksi suositeltiin laskeutusaltaan rakentamista vesien ulosvirtausalueelle läjitysalueen sisä- ja/tai ulkopuolelle. Virtapaikkoihin suositeltiin kivetystä liettymisen vähentämiseksi. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Otanmäki, yhdyskuntajätevesi, kosteikko, rikastushiekan jätealue, typpi, fosfori, rikki, metallit Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Pohjois-Pohjanmaa, Kajaani, Otanmäki Karttalehdet 3431 02 Muut tiedot Liitteitä 7 Arkistosarjan nimi Arkistotunnus 47/2015 Kokonaissivumäärä Kieli 30 suomi Hinta Julkisuus Julkinen arkistoraportti Yksikkö ja vastuualue Hanketunnus Maankäyttö ja ympäristö 1605024 Allekirjoitus/nimen selvennys Allekirjoitus/nimen selvennys Raimo Nevalainen, toimialapäällikkö Marja Liisa Räisänen, erikoistutkija, FT GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 3.9.2015 Sisällysluettelo Kuvailulehti 1 TAUSTAA 1.1 Otanmäen kaivosalueen toiminta historia 1 2 2 LUONNONMAISEMA, KALLIOPERÄ JA MAAPERÄ 2.1 Luonnonmaisema 2.2 Kallioperä 2.3 Maaperä 2 2 2 2 3 TUTKIMUKSEN TAVOITTEET 4 4 TUTKIMUSAINEISTO JA NÄYTTEENOTTO 4 5 HYDROLOGISEN KARTOITUKSEN TULOKSET 5.1 Jäteveden päävirtaus 5.2 Kosteikkopuhdistamolle laskevat ympäristön vedet 5.3 Läjitysalueen ja Lintualtaan vesien suotautuminen tiepadoista 5.4 Veden virtaama kosteikkopuhdistamon alueella 5.5 Kuona- ja rikastushiekan liettyminen kosteikkopuhdistamolla 5 5 5 6 7 7 6 PINTAVEDEN LAATU KOSTEIKKOPUHDISTAMON JA LINTUALTAAN ALUEILLA 6.1 pH, sähkönjohtokyky ja happitila 6.2 Typpi-, fosfori- ja rikkipitoisuus 6.3 Metallipitoisuudet (Al, Fe, Mn, Ni, V, Zn) 7 7 9 9 7 SEDIMENTTIEN KOOSTUMUS TUTKIMUSKOHTEISSA 7.1 Kosteikkopuhdistamon sedimenttirakenne ja kemiallinen koostumus 7.2 Lintualtaan sedimenttirakenne ja kemiallinen koostumus 7.3 Vimpelinjoen ja Vuottolahden sedimenttirakenne ja kemiallinen koostumus 12 12 14 17 8 KOSTEIKON JA LINTUALTAAN PUHDISTUSTOIMINNAN ARVIOINTI 18 9 SUOSITUSEHDOTUKSET KOSTEIKKOPUHDISTAMON TOIMINNAN TEHOSTAMISEKSI 19 10 KIRJALLISUUSVIITTEET 20 LIITTEET 21 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 1 2.9.2015 1 TAUSTAA Otanmäen suljettu rautakaivos sijaitsee Kajaani-Kokkola valtatien (VT28) pohjoispuolella, Kajaanin kaupungissa, entisen Vuolijoen kunnan alueella. Kaivokselta on matkaa Kajaaniin n. 40 km ja Vuolijoen keskustaan n. 8 km. Alueelta on rautatieyhteys Kajaani-Iisalmi radalle. Kaivoksen läjitysalue sijaitsee kaivosrakennusten luoteispuolella. Läjitysalue toimi rautamalmin rikastuksessa syntyneen rikastushiekan ja vanadiinitehtaan kuonan läjitysaltaana vuosina 1953 – 1985. Kaivosalueen eteläpuolella sijaitsevassa Otanmäen taajamassa asui n. 1000 henkilöä 2000-luvun alussa. Taajaman jätevedet johdettiin putkistoa pitkin läjitysalueen lounaispuolella olevaan pumppaamorakennukseen. Siellä jätevedestä erotettiin välppäämällä kiintoaines, joka kuljetettiin kaatopaikalle kompostoitavaksi. Erotuksen jälkeen jätevesi johdettiin putken kautta läjitysalueen eteläosaan, jonne oli syntynyt vesiuoman ympärille järviruokoa, saroja ja kaislaa kasvava kosteikko (kuva 1). Jätevesiuomaan johdettiin myös Talgo-Transtech Ltd Oy:n junavaunutehtaan jäähdytysvedet. Kosteikolta jätevedet kulkeutuvat Lintualtaalle, josta vesiä juoksutetaan Vimpelinjokeen vain sulana vuoden aikana. Vimpelinjoki laskee Oulujärven Vuottolahteen (kuva 2). Taajaman jätevesien määrä on vuosien 2000-2003 aikana vaihdellut välillä 58 000-63 000 m3/vuosi (taulukko 1). Jätevesipumppaamon esikäsittelyn läpi kosteikolle menevän jäteveden määrä oli edellä mainittuna ajanjaksona yli kaksinkertainen johtuen lumensulamisvesien ja sadevesien pääsystä viemäriverkostoon. Pumppaamolta kosteikolle laskettavat vesimäärät olivat suurimmillaan huhtikuussa lumien sulaessa. Lintualtaan vedet koostuivat alueelle satavien vesien lisäksi puhdistetuista jätevesistä ja kuona- ja rikastushiekan läjitysalueen suotovesistä. Nykyisin Otanmäen taajaman jätevedet ohjataan siirtoviemäriä pitkin Kajaanin keskusjäteveden puhdistamolle (Inkeri Neuvonen, suullinen tiedonanto 2015, Kajaanin kaupunki). Jätealueen kosteikolle juoksutetaan edelleen junavaunutehtaan hulevesiä. Neuvosen mukaan Lintualtaan vesipintaa säännöstellään sulkupadolla. Vesipinta on kesäisin 131,8 m mpy ja talvisin 131,40 m mpy. Kuona- ja rikastushiekka-alue oli tutkimusvuonna 2004 kasvillisuuden peittämää lähinnä vain kosteikkopuhdistamon alueelta. Läjitysalueen länsiosassa on pienialainen yhdyskunta- ja maalijätteen vanha kaatopaikka, jonka pohjoispuolella on muodostunut pienialainen kosteikko-alue. Otanmäen kaivosalueen länsipuolella, Katajakankaalla sijaitsee Vuolijoen kunnan kaatopaikka (Kuva 2). Kaatopaikan pintavedet kulkeutuvat ympäröivälle suolle ja sieltä edelleen Vimpelinjokeen. Taulukko 1. Otanmäen taajaman viemäriverkostoon päätyvät jätevesi- ja hulevesi-määrät sekä Lintualtaasta Vimpelinjokeen juoksutettavan veden määrä, Vuolijoki. Tiedot perustuvat mittaus- ja laskutustietoihin (H. Nissinen, Vuolijoen kunta 2004). Vuosi Laskutettu 1998 1999 2000 2001 2002 2003 jätevesimäärä 58 280 m3 63 014 m3 55 016 m3 58 000 m3 Pumppaamo, esikäsittelyn jälkeen määrä/v 238 350 m3 139 010 m3 200 470 m3 167 600 m3 122 800 m3 133 100 m3 määrä/d 549 m3/d 459 m3/d 336 m3/d 365 m3/d määrä/huhtik. 39 320 m3 32 760 m3 29 890 m3 18 340 m3 Lintualtaasta juoksutettava määrä/v 1 216 000 m3 1 021 000 m3 1 596 000 m3 714 296 m3 512 000 m3 - GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 2 2.9.2015 1.1 Otanmäen kaivosalueen toiminta historia Otanmäen taajama on muodostunut Otanmäen kaivostoiminnan ympärille. Rautamalmia sisältävä paljastuma löydettiin jo vuonna 1938, mutta kaivoksen tuotanto alkoi vasta vuonna 1953. Tuotantoa varten perustettiin Otanmäki Oy, jonka omistus siirtyi v. 1968 Rautaruukki Oy:lle. Rautamalmia louhittiin kaikkiaan 33 Mt ja siitä erotettiin vanadiinipitoista rautarikastetta 7.6 Mt. Lisäksi tuotettiin ilmeniitti- (3,8 Mt) ja rikkirikastetta (0,2 Mt). Vanadiinitehdas perustettiin vuonna 1956, josta tuotettiin vanadiinipentoksidia 55 545 t (Illi et al. 1985). Kaivostoiminta päättyi vuonna 1985, jonka jälkeen Rautaruukki Oy perusti kaivosalueen yhteyteen junanvaunutehtaan. Tehdas oli vuonna 2004 Talgo-Transtech Oy:n omistuksessa. 2 2.1 LUONNONMAISEMA, KALLIOPERÄ JA MAAPERÄ Luonnonmaisema Otanmäen alue ympäristöineen kuuluu Oulujärven lounaispuoleiseen alueeseen, jossa korkeuserot ovat vähäisiä. Korkokuva on pääasiassa mannerjäätikön aiheuttama. Suuri osa alavista paikoista on soiden peittämää, mikä on edelleen tasoittanut topografiaa. Alue rajoittuu kaakossa Kainuulle tyypilliseen vaaramaisemaan. Keinotekoisesti patoamalla tehty Lintuallas on n. 10 m ylempänä (132.5 m mpy) kuin kahden kilometrin päässä oleva Oulujärvi. Vuotuinen sademäärä on yleensä yli 600 mm/v. 2.2 Kallioperä Vuolijoen ja Otanmäen alueen kallioperä koostuu etupäässä graniiteista, joiden eteläpuolella on arkeeisia gneissejä. Gneissit ovat iältään 2600 miljoonaa vuotta vanhoja, uudelleen kiteytyneitä alumiinipiivaltaisia sedimenttikiviä. Otanmäen rautamalmi sijaitsee arkeeisten kivien reunalle tunkeutuneessa kerrosmaisessa gabro-anortosiitti-intruusiossa (Papunen 1986). Gabro-anortosiitti-kivet ovat kalsiummagnesiumvaltaisia syväkiviä. 2.3 Maaperä Otanmäen kuona- ja rikastushiekan läjitysalue sijoittuu Oulujärven eteläpuolen suoalueelle. Alueen vedet laskevat Vimpelinjoen kautta Oulujärven Vuottolahteen. Maankohoamisen myötä Oulujärven eteläranta on siirtynyt kohti etelää, joten Vuottolahden sedimentaatiohistoria on lyhyempi kuin Oulujärven luoteisosan. Kuivaksi maaksi alue on paljastunut ennen Oulujärven kuroutumista, mikä tapahtui n. 9500 vuotta sitten. Otanmäen valuma-alueella on soitten osuus pinta-alasta n. 48 % (kuva 2). Tehtyjen kartoitusten perusteella soiden pohjalla on liejua 26 % ja savea n. 19 % (Häikiö & Porkka 1987). Saraturpeen osuus soissa on keskimäärin 83 % ja rahkaturpeen 17 %. Soiden turpeen keskimääräinen paksuus on n. 1,3 m. Suoalueiden ympäristössä yleisin maalaji on hiekkainen moreeni, joka on myös pohjamaalajina turpeen, liejun ja saven alla. Moreeni on kerrostunut yli 10 500 vuotta sitten. Moreenin keskipaksuus karttalehdellä 3242 02 on keskimäärin 6 m (Tenhola & Murtoniemi 1983). Soitten runsaudesta johtuen valuma-alueen purovesien pH on alhainen ja humuspitoisuus korkea, kuten yleensäkin Suomenselän alueella Oulujärven eteläpuolella (Lahermo et al. 1996). Vuottolahdessa on liejusedimenttejä yli 4 m syvyisinä kerroksina (Liite 3, punaisella värjätyt alueet). Matalammissa osissa on pohjamaana vaihtelevasti joko kivi-, hiekka- tai savipohja. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 3 2.9.2015 Kuva 2. Otanmäen tutkimuskohteen sijainti vanhan rautakaivoksen valuma-alueella ja maaperä, Vuolijoki. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 4 2.9.2015 3 TUTKIMUKSEN TAVOITTEET Tutkimuksen tavoitteina olivat 4 - kuvata hydrologinen systeemi läjitysalueen kosteikkopuhdistamolta Oulujärvelle saakka, - selvittää typen ja fosforin sekä muiden keskeisten alkuaineiden kulkeutuminen ja sitoutuminen kosteikkoalueen, läjitysalueen länsiosan suoalueen, Lintualtaan, Vimpelinjoen ja Vuottolahden sedimentteihin, - selvittää alueen luontaiset metallien ja rikin pitoisuustasot, - arvioida kosteikon puhdistuskapasiteettia ja - laatia parannusehdotuksia kosteikkopuhdistamon toimintaan. TUTKIMUSAINEISTO JA NÄYTTEENOTTO Tutkimusaineisto koostui maastokartoituksesta, pintavesi- ja sedimenttinäytteistä sekä niiden analyysituloksista. Sedimentti- ja vesinäytteenotto sekä näytteistä tehdyt analyysit on esitetty liitteessä 1. Näytteiden kuvaus ja näytekohteiden koordinaatit on esitetty liitteessä 2. Pintavesikartoituksen ja pintavesi- sekä sedimenttinäytteenoton pääkohteina olivat kuona- ja rikastushiekka-alueen kosteikkopuhdistamo ja sen pohjoispuolella sijaitseva Lintuallas (liitteet 4-5). Lisäksi näytteitä otettiin Vimpelinjoesta ja Vuottolahdesta (liite 3). Kosteikko ja siihen laskevat vedet muodostivat epäyhtenäisen kokonaisuuden, minkä vuoksi kosteikkopuhdistamoalueen eri osista ja läheisyydessä olevista lammikoista sekä niistä lähtevistä puroista on tekstissä käytetty kirjain- ja numerotunnuksia (kosteikko-osat K1, K2…, lammikot L1, L2…, purot P1…, liite 6). Vesi- ja sedimenttinäytteet otettiin vaiheittain ajanjaksolla 24.3. – 7.4.2004. Näytteitä kerättiin Oulujärvestä, Vimpelinjoesta, Lintualtaalta ja kosteikkopuhdistamon ympäristöstä läjitysalueelta. Vesinäytteitä saatiin tuolloin vain kosteikkopuhdistamon sulapaikoilta. Jään alta vesinäytteenotto onnistui vain satunnaisesti pienen virtaaman takia. Vimpelinjoen ja Oulujärven Vuottolahden näytteenottokohteet sijaitsivat velvoitetarkkailupisteiden läheisyydestä (liite 3, Otn-1, Otn-2, Oulujärven vesistötarkkailu 2001). Toinen vesinäytteenottokierros tehtiin toukokuussa, tulvakaudella 25.- 27.5.2004, jolloin vettä satoi runsaasti. Kolmas vesinäytteenotto tehtiin kesäkuun alussa, 8.6.2004 vain kosteikkopuhdistamolta ja sinne valuvista kuona- ja rikastushiekan suotovesistä. Tutkimusalueen hydrologinen kartoitus tehtiin 1819.5.2004. Kesäkuun näytteenoton yhteydessä mitattiin kosteikkoalueiden uomien virtaamat Thompsonin mittapadolla (liite 6). Kosteikkoalueella virtaavien vesiuomien runsaudesta johtuen virtaamien vertailukelpoinen tulos oli mahdollista saada ainoastaan K1:n ja L1:n välisellä alueella (liite 6). Virtaamamittaus tehtiin tulva- ja sadekauden jälkeen, jotta tulokset edustaisivat mahdollisimman tasapainoista systeemiä. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 5 2.9.2015 5 5.1 HYDROLOGISEN KARTOITUKSEN TULOKSET Jäteveden päävirtaus Kuvan 2 kartassa näkyy kokonaisuudessaan jäteveden virtaus puhdistamolta Vuottolahteen ja liitteessä 6 yksityiskohtaisemmin läjitysalueella ja sen länsipuolen suolla sekä Lintualtaalla. Altaalta vedet laskevat sen koillisosasta Vimpelinjokeen. Jätevesien pumppuasema oli n. 157 m mpy ja jätevedet laskivat nopeasti n. 10 m kohti kosteikkopuhdistamoa 200 m:n matkalla (Liite 6). Pääosa vedestä virtasi karttaan merkityn nuolen osoittamaa reittiä n. 850 m kosteikkokompleksin kautta (K1, K2 ja K3) kohti rikastushiekka-altaan keskellä sijaitsevaa n. 1,5 ha:n kokoista lammikkoa (L1). Suurin osa jätevesistä virtasi ensimmäisen kosteikko-osan (K1) kaakkoisreunan kautta suoraan kosteikko-osaan K2, ilman, että vesi kiertäisi tai viipyisi K1-kosteikolla. Päävirtaama sijaitsi samoissa edellä mainituissa uomissa sekä kesällä että talvella. Talvella päävirtaaman uoma pysyi sulana aina kolmannelle kosteikko-osalle (K3) saakka. Kosteikkoalueen vedet kulkeutuivat lammikon L1 kautta läjitysalueen länsireunan tiepadon alittavaan siltarumpuun ja sieltä edelleen tiepatoa reunustavaa ojaa pitkin kohti lintuallasta (liite 6). Ennen lintuallasta oli neljäs kosteikkoalue (K4), jossa veden virtaus oli hyvin tasaista ja vähäistä. Tämä osa oli veden peittämää (n. 15 cm) noin 150 m:n levyiseltä alueelta. Jäteveden virtaus kuitenkin kapeni kohti lintuallasta ja jakaantui pieniksi puroiksi padon luoteisreunalla hajaantuen uudelleen kohti Lintualtaan etelärantaa. Korkeusero K1:n alkuosan ja Lintualtaan välillä oli n. 15 m. Lintualtaasta vesiä juoksutettiin sulkupadon kautta sulana kautena Vimpelinjokeen, joka laskee Oulujärven Vuottolahteen. Maastohavaintojen mukaan lintualtaalta suotautui vesiä padon itä- ja pohjoisosien läpi pieniä määriä ilman rautasakan muodostumista (liite 7). 5.2 Kosteikkopuhdistamolle laskevat ympäristön vedet Maastohavaintojen perusteella kuona- ja rikastushiekka-alueen eteläpuoleiselta suljetulta kaivosalueelta ja nykyiseltä junavaunutehtaan alueelta kulkeutui pinta- ja pohjavesiä, jotka sekoittuivat läjitysalueen kosteikkopuhdistamon jätevesiin (liite 6, kuva 3). Tehtaan jäähdytysvedet laskettiin jätevesiuomaan, pumppaamon pohjoispuolella olevasta putkesta. Vanhojen karttakuvien perusteella läjitysalueen itäosan lammikon (L2) vedet ovat aikoinaan virranneet suoraan keskiosan lammikkoon (L1), mutta vuonna vesien sekoittuminen tapahtui suotautumalla. Läjitysalueen länsiosan kosteikkojen (K5 ja K6) kautta virtasi vain pieni osa jätevesistä tutkimusvuonna 2004. Tämän alueen vedet muodostuivat paikallisesti. Vesimäärä oli vähäistä ja virtaus heikkoa. Vedet poistuivat liitteessä 6 merkityn siltarummun kautta läjitysalueen luoteispuolen kosteikkosuolle (K4, liite 6). Läjitysalueen reunapadon länsipuolella olevaa lammikkoon, L5:een ei kulkeutunut vesiä avovirtaamina, vaan lammikko oli ilmeisesti muodostunut padon läpi suotautuvista vesistä. Lammikon vedet virtasivat lintualtaalle johtavan tien itäpuolitse ja vedenpinta ojassa oli alempana kuin suoalueen kosteikossa (K4) vuonna 2004. Vesipintaeron katsottiin olevan seurausta rikastushiekan sedimentaatiolla entiseen vesiuomaan, jonka ympäristö oli vuonna 2004 kuivaa maata (liite 6). Rikastushiekka oli täyttänyt vuosien kuluessa Lintualtaalle johtavan tien ja patovallin välisen alan lähes koko leveydeltä. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 6 2.9.2015 Kuva 3. Näkymä kuona- ja rikastushiekka-altaalle toukokuussa 2004, Otanmäen suljettu kaivosalue, Vuolijoki. Ruohikon ja muun kasvillisuuden peittämät alueet osoittavat kosteikkopuhdistamon alueen. Kasvillisuudesta vapaa alue on kuona- ja rikastushiekkaa. Kuvan yläosassa näkyy Lintuallas. Kuvan alaosassa (läjitysaltaan eteläosassa) virtasi tulvakauden (27.5.2004) pinta- ja suotovesiä, jotka yhtyivät kosteikossa virtaavaan jäteveteen. 5.3 Läjitysalueen ja Lintualtaan vesien suotautuminen tiepadoista Läjitysalueen ja Lintualtaan tiepatojen suotovesivirtaamaa selvitettiin maastohavaintojen pohjalta (liite 7). Läjitysalueen padon lävistävät suotovedet sisälsivät runsaasti punertavia rautasaostumia, kun taas Lintuallasta ympäröivistä tiepadoista suotautuvissa vesissä ei havaittu rautasaostumia. Rautasaostumien esiintyminen läjitysalueella viittaisi rautasulfidipitoisen rikastushiekan hapettumiseen. Läjitysalueen luoteisreunan patoon rajautuvaan kosteikkoon (K7) suotovesiä kulkeutui lähes koko kuonaja rikastushiekkakentän leveydeltä (liite 7). Näillä alueilla suotovedet sekoittuivat jätevesiin siltarummun kohdalla. Kuona- ja rikastushiekasta suotautui vesiä myös suoraan kosteikkopuhdistamon eri osiin. Näissä kohdin kosteikkojen reunoilla oli havaittavissa punaista saostumaa, jota ei kuitenkaan enää esiintynyt siirryttäessä keskemmälle kosteikkoa. Raudan saostuminen ilmeisesti estyi happamien suotovesien sekoittuessa neutraaleihin jätevesiin. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 7 2.9.2015 5.4 Veden virtaama kosteikkopuhdistamon alueella Virtaamamittausten mukaan kosteikkopuhdistamon alkuosan (K1) vedestä oli noin 60 % jätevesiä ja 40 % läjitysalueen eteläosan rinteiltä valuvia vesiä (Liite 6). Mittaushetkellä, noin 200 m:n matkalla kosteikkoosasta K1 kosteikko-osaan K2 vesimäärä kaksinkertaistui, mikä katsottiin seurausta itäpuolelta tulevien läjitysalueen suotovesien sekoittumisesta kosteikon vesiin. Seuraavan 200 m:n matkalla kosteikko-osan (K2) loppupäässä vesimäärä ei enää lisääntynyt. Jälkimmäisen kosteikko-osan (K3) ja siihen liittyvän lammikon (L1) jälkeen virtaama jälleen kaksinkertaistui ollen noin 11 l/s. Vesimäärän lisäys tuli ympäröivän rikastushiekan valumavesistä. 5.5 Kuona- ja rikastushiekan liettyminen kosteikkopuhdistamolla Kuona- ja rikastushiekan liettyminen ja uudelleenkerrostuminen oli voimakkainta rikastushiekkapadon alittavan siltarummun läjitysalueen puoleisessa osassa. Liettymistä siltarumpuun ja siitä ulos läheiselle suolle tapahtui koko rikastushiekan läjittämisen ajan. Tästä viitteenä oli patovallin ja Lintualtaalle johtavan tien väliin syntynyt laaja suistomaamuodostuma, joka oli kuivaa maata vuonna 2004 (liite 6). Vanhoissa karttakuvissa alue on merkitty virtaavan veden alueeksi. Suistoalueen kuivumista on edesauttanut padon länsipuolelle kaivettu oja, josta vesi oli ohjattu kohti Lintuallasta K4:n kautta. Tulva-aikana veden virtaus ojassa oli kuitenkin niin voimakasta, että virtauksen mukana kulkeutui suuria määriä kuona- ja rikastushiekkalietettä suolla olevalle kosteikkoalueella (K4, liite 6). Muualla läjitysalueella kuona- ja rikastushiekan liettyminen kosteikkopuhdistamon alueelle oli vähäistä läjitysalueen loivan topografian vuoksi. Tosin muutamissa kohdin oli nähtävissä noin 30 cm syviä uomia, mistä jäteveden virtaus oli syövyttänyt läjitysalueen hiekkaa. 6 6.1 PINTAVEDEN LAATU KOSTEIKKOPUHDISTAMON JA LINTUALTAAN ALUEILLA pH, sähkönjohtokyky ja happitila Otanmäen kosteikkopuhdistamon eri osien pintavesien pH vaihteli välillä 5,0-7,1 (taulukko 1). Alhaisimmat pH-arvot mitattiin rikastushiekan suotovesialtaista (L3) ja kosteikon niissä osista, mihin jätevesiin sekoittui rikastushiekan suotovesiä (L1, liite 6). Huomionarvoista on, että jäteveden erinomainen puskurikyky neutraloi tehokkaasti niihin sekoittuvien suotovesien happamuuden. Suotovesien happamuus on lähtöisin rautasulfidipitoisen rikastushiekan hapettumisreaktioista (Kytö & Räisänen 2002). Lintualtaan pH oli välillä 6,8 - 7,2. Vimpelijoen ja Vuottolahden pH oli lähes samalla tasolla kuin Lintualtaassa (taulukko 1). Pintavesien sähkönjohtokyky vaihteli kosteikkopuhdistamon alueella 23,4-53,4 mS/m ja Lintualtaalla 17,6-26,3 mS/m. Vimpelinjoessa johtavuus oli välillä 3,8-8,9 mS/m. Vuottolahden veden sähköjohtokyky oli kymmenesosa kosteikkopuhdistamon pintavesien johtokyvystä (2,4 mS/m, taulukko 1). Happipitoisuus oli alhaisin kosteikkopuhdistamon ensimmäisessä osassa (K1). Lintualtaalla happitilanne oli kohtalainen, kun taas Vimpelinjoessa ja Vuottolahdessa vesi oli hapekasta (taulukko 1). Sedimentaatioon liittyviä saostumisoloja kuvaava hapetus-pelkistyspotentiaali eli redox (ORP) oli negatiivinen kosteikkopuhdistamon alkuosassa ja Lintualtaalla, mikä on viite pelkistävistä oloista. Tästä todisteena oli myös sedimenttinäytteenoton yhteydessä havaittu voimakas rikkivedyn haju. Pelkistävissä sedimentaatio-oloissa metallit saostuvat niukkaliukoisina sulfideina, mikä on kosteikkopuhdistuksen keskeisin metallien pidättymismuoto (Kytö & Räisänen 2002). GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 8 2.9.2015 Taulukko 1. Pintavesien fysikaalisia ominaisuuksia eri näytteenottoajankohtina Otanmäen tutkimusalueella (ks. liitteet 3-4). ORP-luku ilmoittaa hapetus-pelkistyspotentiaalin (Redox). Näytteenottopäivä pH Sähkönjohtokyky Happi Hapen Alkaliteetti KMnO4-luku kyllästysaste mS/m mg/l % mmol/l mg/l ORP mV Kosteikko 1 (K1) 25-OTA-04/6 08.06.2004 6,9 48,4 1,60 15 1,59 33 - 9-OTA-04 06.04.2004 7,0 23,4 2,20 22 1,96 34 -25 9-OTA-04/5*) 25.05.2004 5,8 23,6 4,30 61 - - - 24-OTA-04/6 08.06.2004 6,8 49,1 1,80 16 1,37 24 - 6,1 24 4,40 58 - - - K1 ja K2 välinen alue 16-OTA-04/5 25.05.2004 Kosteikko 2 (K2) 23-OTA-04/6 08.06.2004 6,5 43,4 7,00 65 0,85 18 - 22-OTA-04/6 08.06.2004 6,1 39,7 7,00 59 0,33 11 - Kosteikko 3 (K3) 8-OTA-04 06.04.2004 7,0 38,6 6,40 55 2,67 21 24 8-OTA-04/5*) 25.05.2004 7,1 41,2 5,10 68 - - - 10-OTA-04 06.04.2004 6,7 35,2 4,90 46 2,23 19 37 Lammikko 1 (L1) 94-OTA-68/5 25.05.2004 5,0 27,1 4,70 65 - - - 21-OTA-04/6 08.06.2004 6,4 53,4 10,90 103 0,31 19 - Ulosvirtausoja siltarumpuun 7-OTA-04 06.04.2004 6,8 54,2 5,10 49 2,24 19 -50 7-OTA-04/5 25.05.2004 6,2 32,3 4,30 61 - - - 25.05.2004 6,7 37,4 4,70 61 - - - 13-OTA-04 06.04.2004 6,8 23,5 4,40 42 1,37 20 -40 12-OTA-04 06.04.2004 6,9 24,9 5,20 46 1,43 21 -94 11-OTA-04 06.04.2004 6,9 26,3 5,10 49 1,58 24 -225 11-OTA-04/5 25.05.2004 7,2 17,6 5,10 71 - - - 2-Oulu-2004 26.03.2004 6,7 8,9 7,30 71 - - 132 12-OTA-04/5 24.05.2004 5,6 3,8 4,90 60 - - - 3-Oulu-2004 26.03.2004 6,6 8,6 7,00 64 0,70 53 157 26.03.2004 6,7 2,4 8,80 70 0,22 33 214 6,3 23,8 5,10 72 - - - 3,1 164 7,90 77 <0,02 5,1 - Kosteikko 4 (K4) 170-OTA-04/5 Lintuallas Vimpelinjoki Vuottolahti 1-Oulu-2004 Muut läjitysalueen näytepisteet Kosteikko-osa K6 14-OTA-04/5 24.05.2004 Suotovesilampi L3 26-OTA-04/6 08.06.2004 Läjitysalueen ulkopuoliset ojat/lammet 15OTA-04/5 24.05.2004 7,1 31,9 3,80 53 - - - 10-OTA-04/5 25.05.2004 8,9 19,7 6,30 83 - - - 13-OTA-04/5 25.05.2004 6,3 10,8 4,20 59 - - - *) laimenemista sulvesien ja runsaiden sateiden takia GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 9 2.9.2015 6.2 Typpi-, fosfori- ja rikkipitoisuus Taulukossa 2 on esitetty kiintoaineksen määrä, kokonaistypen (N), ammoniumtypen (NH4) ja nitraattitypen (NO3) pitoisuudet läjitysalueen kosteikkopuhdistamon eri osissa ja läjitysalueelta ulosvirtaavassa vedessä, Lintualtaalla, Vimpelijoella ja Vuottolahdessa. Kiintoainespitoisuus pieneni 20 mg:sta/l alle 10 mg:aan/l (mittausmenetelmän alin määritysraja). Läjitysalueelta padon siltarumpuun virtaavassa vedessä (ulosvirtausoja) kiintoaineksen kasvu aiheutui rikastushiekan liettymisestä veteen virtauksen kasvaessa ennen rumpua. Keväällä typpi esiintyi kosteikkopuhdistamon vedessä pääasiassa ammoniumtyppimuodossa ja Lintualtaan, Vimpelinjoen sekä Vuottolahden vedessä nitraattityppenä. Kesän alkaessa nitraattitypen osuus kasvoi biologisen aktiivisuuden lisääntyessä kosteikkoalueella (nitrifikaatio). Kosteikkovesien kokonaistyppipitoisuus vaihteli välillä 3,5-19,0 mg/l ja ammoniumpitoisuus 1,9-13,0 mg/l. Nitraattipitoisuus oli keväällä <0,2 mg/l ja kesäkuussa 2,4-15 mg/l (taulukko 2). Lintulammen vedessä kokonaistyppipitoisuus oli keväällä välillä 0,5-0,8 mg/l, Vimpelinjoessa 0,7-1,7 mg/l ja Vuottolahdessa 0,3 mg/l. Näissä kohteissa ammoniumtypen pitoisuus oli <0,05 mg/l ja nitraattitypen 0,2-0,8 mg/l. Fosforipitoisuudet (P) olivat kosteikon alkuosassa 2,74-3,0 mg/l ja pienivät loppuosassa (K3) sadasosaan (0,04-0,1 mg/l, taulukko 3). Fosfori oli suurimmalta osalta liukoisena fosfaattina. Lintualtaan, Vimpelinjoen ja Vuottolahden vedessä fosforipitoisuudet olivat hyvin pieniä. Rikkipitoisuudet vaihtelivat kosteikkopuhdistamon alueella 34-292 mg/l ollen suurimmat kosteikon alkuosassa (K1) ja pienimmät kosteikon loppuosassa (K3, taulukko 3). Kosteikon loppuosassa olevan lammikon (L1) ja ulosvirtausojan (siltarumpu) kohonneet rikkipitoisuudet (80 mg/l) aiheutuivat niihin kulkeutuvista rikastushiekan suotovesistä. Rikki oli pääasiassa sulfaattisena muissa näytteenottokohteissa paitsi kosteikko-osassa K1, minkä alkuosassa liukoinen rikki oli sulfidina (pelkistynyt muoto). Lintualtaan vedessä rikki oli valtaosaltaan sulfaattisena ja sen pitoisuudet olivat samaa suuruusluokkaa kuin kosteikko-osassa K3 (29-46 mg/l, taulukko 3). Vimpelinjoen veden rikkipitoisuudet olivat kuudesosa Lintualtaan rikkipitoisuuksista. Vuottolahden vedessä rikin pitoisuus oli hyvin pieni. 6.3 Metallipitoisuudet (Al, Fe, Mn, Ni, V, Zn) Taulukossa 4 on esitetty pintavesien alumiinin (Al), raudan (Fe), mangaanin (Mn), nikkelin (Ni), vanadiinin (V) ja sinkin (Zn) pitoisuudet. Alumiini-, Fe-, Ni-, V- ja Zn-pitoisuudet olivat suurimpia niissä kosteikkopuhdistamon kohdissa, mihin sekoittui rikastushiekan suotovesiä. Kuparin (Cu) ja koboltin (Co) pitoisuudet ja niiden jakautuminen kosteikon eri osiin olivat vastaavanlaisia kuin nikkelin ja vanadiinin. Rikastushiekan liettyminen jäteveteen voimakkaasti virtaavissa uomakohdissa lisäsi metallien liukenemista veteen. Selvimmin tämä ilmiö näkyi mangaanipitoisuuksissa siltarumpuun johtavassa ulosvirtausojassa. Pitoisuus oli lähes kaksinkertainen huhtikuun näytteissä (8,4 mg:sta/l 12,5 mg:aan/l, taulukko 4). Lintualtaassa metallipitoisuudet mangaania lukuun ottamatta olivat pieniä (taulukko 4). Mn-pitoisuus vaihteli huhtikuun näytteissä välillä 2,7-4,6 mg/l. Vimpelinjoessa pitoisuudet pienenivät kymmenesosaan. Poikkeavaa oli Vimpelinjoen rautapitoisuuden kasvu, minkä oletettiin aiheutuvan turpeenottosoiden kuivatuksesta. Myös alumiinin ja sinkin pitoisuudet kasvoivat hieman. Sen sijaan Vuottolahdessa metallipitoisuudet olivat hyvin pieniä. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 10 2.9.2015 Taulukko 2. Pintavesien kiintoaines-, kokonaistyppi- (N), ammoniumtyppi- (NH4) ja nitraatti (NO3) pitoisuudet Otanmäen tutkimusalueella (ks. liitteet 2-4). Näytteenottopäivä Kiintoaine Kokonaistyppi NH4-typpi NO3-typpi mg/l mg/l mg/l mg/l 20 10 <10 15 19 3,5 14 13 18 1,9 13 <0,2 <0,2 <0,2 - 2,7 0,01 - <10 <10 7,3 5,3 7,2 1,8 2,4 15 <10 <10 14 4,8 15 15 3,8 14 0,2 <0,2 - 1,9 2 0,51 0,19 7 Kosteikko 1 (K1) 25-OTA-04/6 08.06.2004 9-OTA-04 06.04.2004 *) 25.05.2004 24-OTA-04/6 08.06.2004 9-OTA-04/5 K1 ja K2 välinen alue 16-OTA-04/5 Kosteikko 2 (K2) 23-OTA-04/6 08.06.2004 22-OTA-04/6 08.06.2004 Kosteikko 3 (K3) 06.04.2004 8-OTA-04 8-OTA-04/5 *) 10-OTA-04 25.05.2004 06.04.2004 Lammikko 1 (L1) 94-OTA-68/5 25.05.2004 21-OTA-04/6 08.06.2004 Ulosvirtausoja siltarumpuun 7-OTA-04 06.04.2004 7-OTA-04/5 25.05.2004 20 - 2 1,3 1,5 0,41 <0,2 - 25.05.2004 - 0,75 0,07 - 13-OTA-04 06.04.2004 12-OTA-04 06.04.2004 11-OTA-04 06.04.2004 11-OTA-04/5 25.05.2004 10 <10 10 - 0,66 0,56 0,82 0,48 0,13 0,05 0,01 0,01 0,2 0,3 0,8 - Kosteikko 4 (K4) 170-OTA-04/5 Lintuallas Vimpelinjoki 3-Oulu-2004 26.03.2004 12-OTA-04/5 24.05.2004 <10 - 0,73 1,7 <0,005 0,03 0,8 - 26.03.2004 <10 0,32 <0,005 0,2 24.05.2004 - 0,98 0,06 - 08.06.2004 - 0,56 0,49 - - 1,3 0,48 1,2 0,52 <0,005 0,07 - Vuottolahti 1-Oulu-2004 Muut läjitysalueen näytepisteet Kosteikko-osa K6 14-OTA-04/5 Suotovesilampi L3 26-OTA-04/6 Läjitysalueen ulkopuoliset ojat/lammet 24.05.2004 15-OTA-04/5 10-OTA-04/5 (L5) 25.05.2004 13-OTA-04/5 25.05.2004 *) laimenemista sulvesien ja runsaiden sateiden takia GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 11 2.9.2015 Taulukko 3. Liukoisen fosforin (P), fosfaattisen fosforin, rikin (S) ja sulfaattisen rikin pitoisuudet Otanmäen tutkimusalueella (ks. liitteet 2-4). Näytteenottopäivä mg/l Fosfaattinen P mg/l Kosteikko 1 (K1) 25-OTA-04/6 08.06.2004 06.04.2004 9-OTA-04 24-OTA-04/6 08.06.2004 3,0 2,7 0,7 2,45 1,51 0,48 292 14 51 15,6 12,7 52,1 Kosteikko 2 (K2) 23-OTA-04/6 08.06.2004 22-OTA-04/6 08.06.2004 0,02 <0,01 0,01 <0,01 50 50 52,1 52,1 Kosteikko 3 (K3) 06.04.2004 8-OTA-04 06.04.2004 10-OTA-04 0,04 0,1 <0,01 <0,01 36 34 35 32,7 <0,01 81 87,4 <0,01 80 70,8 <0,01 <0,01 <0,01 29 34 46 29,7 30,7 35,0 0,03 0,03 0,02 6,0 6,0 6,0 <0,01 <0,01 1,0 1,0 P Lammikko 1 (L1) <0,01 21-OTA-04/6 08.06.2004 Ulosvirtausoja siltarumpuun 06.04.2004 0,03 7-OTA-04 Lintuallas 06.04.2004 0,01 13-OTA-04 06.04.2004 0,02 12-OTA-04 06.04.2004 0,02 11-OTA-04 Vimpelinjoki 2-Oulu-2004 06.04.2004 3-Oulu-2004 06.04.2004 Vuottolahti 1-Oulu-2004 06.04.2004 mg/l Sulfaattinen S mg/l S Taulukko 4. Pintavesien alumiini- (Al), rauta- (Fe), mangaani- (Mn), nikkeli- (Ni), vanadiini- (V) ja sinkki- (Zn) pitoisuudet huhtikuun näytteissä (6.4.2004), Otanmäen tutkimusalue (ks. liitteet 3-4). Al Fe Mn Ni V Zn µg/l mg/l µg/l µg/l µg/l µg/l 1,48 1400 71 57 64 Kosteikko 1 (K1) 9-OTA-04 953 Kosteikko 3 (K3) 8-OTA-04 20 2,21 6600 138 22 132 10-OTA-04 66 5,8 8400 129 4 31 Ulosvirtausoja siltarumpuun 7-OTA-04 148 3,85 12500 50 5 68 13-OTA-04 4 0,08 2700 17 18 11 12-OTA-04 4 0,06 4100 16 19 9 11-OTA-04 6 0,1 4600 19 21 12 2-Oulu-2004 152 2,86 376 14 3 22 3-Oulu-2004 148 2,63 286 11 3 17 30 0,12 2,87 4 0,2 6 Lintuallas Vimpelinjoki Vuottolahti 1-Oulu-2004 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 12 2.9.2015 7 7.1 SEDIMENTTIEN KOOSTUMUS TUTKIMUSKOHTEISSA Kosteikkopuhdistamon sedimenttirakenne ja kemiallinen koostumus Läjitysalueen kosteikon sedimenttiprofiilista erottui visuaalisesti kolme erityyppistä kerrosta: Ylin kerros noin 10 cm:n syvyyteen koostui löyhärakenteisesta, rauta- ja hiilipitoisesta saostumasta. 10 cm:stä 25 cm:n syvyyteen oli humuksen ja rikastushiekan sekainen kerros ja sen alapuolella pelkkää rikastushiekkaa ja/tai kuonaa sisältävä mineraaliaines. Pintaosan saostumasedimentit jaettiin värin ja koostumuksen mukaan: 1) Runsaasti orgaanista hiiltä ja ravinteita sisältävää mustaa sedimenttiä oli kerrostunut kosteikkoalueen alkuosaan (kuva 4). Näitä sedimenttejä esiintyi pääasiassa kosteikko-osan K1 alkuosassa ja kosteikko-osassa K2. Mustien sedimenttien terävärajaisen esiintymisen perusteella oli rajattu jätevesiuoman nykyinen pääkulkureitti (liite 6). 2) Runsaasti rautaa sisältävää punaruskeaa sedimenttiä oli saostunut kohteisiin, mihin oli kulkeutunut rikastushiekan suotovesiä (kosteikko K3, kuva 5). 3) Jätevesien ja suotovesien sekoittuessa saostumasedimentin väri muuttui vähitellen vaalean ruskeaksi (beige) (kosteikko-osa 3, kuva 6). Ylimmän sedimenttikerroksen (0–10 cm) koostumus muuttui voimakkaasti siirryttäessä kosteikon (K1) alkuosasta (19-OTA-04, kuva 4) alemmaksi virtaamaa, kosteikko-osaan K3 (18-OTA-04, 17-OTA-04, kuva 5). Muutos näkyi saostumasedimentin hiili-, typpi-, fosfori- ja rikkipitoisuuksien pienenemisenä ja rauta- ja sulfaatti (SO4)- ja klooripitoisuuksien kasvuna (taulukot 5 ja 6). Sulfaattisen rikin osuus kokonaisrikistä lisääntyi kosteikon K1 alkuosan kahdesta prosentista vajaaseen kuuteenkymmeneen prosenttiin. Vastaava muutos näkyi myös liukoisen kloorin osalta. Sulfaatti- ja kloorilisäys oli seurausta kosteikkoon suotautuvien rikastushiekan valumavesien kontaminaatiosta (ks. taulukko 3). Suotovesistä liuennut sulfaattinen rikki pidättyi suurelta osin vasta Lintualtaan pelkistäviin sedimenteihin sulfidina. Kosteikkopuhdistamon pintasedimenttien (0-10 cm) Co-, Cu-, Ni-, V- ja Zn-pitoisuudet vaihtelivat välillä 140-1100 mg/kg, 220-2100 mg/kg, 180-920 mg/kg, 530-2400 mg/kg ja 1000-2740 mg/kg (taulukko 6). Raskasmetallien kertyminen pintasedimenttiin oli huomattavasti runsaampaan kosteikko-osassa K1 kuin K3. Rikastushiekkapitoisten pohjasedimenttien (>10 cm) metallipitoisuudet olivat puolet tai vain joko kymmenes- tai sadasosa pintasedimenttien metallipitoisuuksista. Kosteikkoalueen pintasedimentteihin oli raskasmetallien lisäksi kertynyt runsaasti alumiinia, kalsiumia, magnesiumin, natriumia ja titaania. Kosteikko-osan K1 ja K2 pelkistyneissä sedimenteissä osa metalleista oli sitoutunut niukkaliukoisina orgaanisiin kompleksiyhdisteisiin ja osa sulfideihin, kun taas kosteikkoosan K3 hapettuneissa pintasedimenteissä metallit olivat sitoutuneet rautasaostumiin. Saostumasedimenttien alapuolisissa kerroksissa, rikastushiekassa metallit olivat sitoutuneena niukkaliukoisiin mineraaleihin (esim. Ti). GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 13 2.9.2015 Kuva 4. Mustan väristä saostumasedimenttiä kosteikko-osien K1 ja K2 välisellä alueella. Saostuma sisältää erittäin runsaasti hiiltä, fosforia, typpeä ja rikkiä (25 %, 3 %, 4 % ja 5 %) sekä raskasmetalleja. Jätevesi oli tällä alueella vielä lähes puhdistumatonta. x = 7113595, y = 3504805. Kuva 5. Punaruskeaa saostumaa kosteikko-osan K3 suotovesiojassa. Saostuma sisälsi pääasiassa rautaa (n. 45 %). Muita raskasmetalleja oli runsaasti, mutta kuitenkin vähemmän kuin kuvan 4 mustassa saostumassa. Ravinteiden osuus oli pieni. x = 7114351, y = 3504499. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 14 2.9.2015 Kuva 6. Vaalean ruskean väristä saostumaa lammikon L1 laskuojassa. Jätevesi oli puhdistunut merkittävästi tässä kohteessa. x = 7114115, y = 3504913. Läjitysalueen länsiosassa olevan kosteikko-osan K5 pintasedimentin vanadiini- ja titaanipitoisuudet olivat suurempia kuin varsinaisen kosteikkopuhdistamon pintasedimentin V- ja Ti-pitoisuudet. Vanadiinipitoisuus ovat lähes kymmenkertainen verrattuna Vuottolahden luonnontilaisten pohjasedimenttien Vpitoisuuteen, kun taas Ti-pitoisuus on pienempi kuin Vuottolahden pohjasedimentin luontainen Tipitoisuus. Metallit ovat lähtöisin kosteikon K5 eteläpuolella olevan maalijätteitä sisältävän kaatopaikan suotovesistä. 7.2 Lintualtaan sedimenttirakenne ja kemiallinen koostumus Lintualtaan pohjalle oli sedimentoitunut minerogeenista, väriltään harmaata hienoainesta n. 5 – 10 cm paksuudelta. Pintakerros, josta näytteet oli otettu, edustaa koko altaan historiaa kaivostoiminnan alkuajoista nykypäivään. Pintasedimentissä ei esiintynyt kerroksellisuutta eikä merkkejä hapettumisesta. Lintualtaan pintasedimentteihin oli kertynyt erittäin runsaasti hiiltä, rikkiä ja raskas-metalleja (Co, Cu, Fe, Ni, V, Zn) verrattuna Vuottolahden pohjasedimentin keskikoostumukseen, jonka tulkittiin edustavan alueen järvisedimentin luontaista koostumusta ennen kaivostoiminnan alkua (pohjakerrokset >20 cm, taulukot 5-6). Rikkipitoisuudet olivat kymmenkertaiset, kun taas typpipitoisuudet olivat kaksinkertaiset Vuottolahden luontaisiin pitoisuuksiin nähden. Raskasmetalleista suurimmat pitoisuudet mitattiin vanadiinille, sinkille ja mangaanille. Vanadiinipitoisuus oli keskimäärin 1410 mg/kg ollen yli 20-kertainen Vuottolahden pohjasedimenttien V-pitoisuuteen nähden. Sinkkipitoisuus oli keskimäärin 1090 mg/kg ja mangaanipitoisuus 810 mg/kg. Sinkkipitoisuus oli lähes kymmenkertainen Vuottolahden luontaiseen Znpitoisuuteen nähden, kun taas mangaani- ja titaanipitoisuudet vastasivat alueen luontaista Mn- ja Tipitoisuustasoa. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 15 2.9.2015 Taulukko 5. pH, hiilen (C), typen (N), fosforin (P) ja rikin (S) kokonaispitoisuudet (totaali) sekä sedimenttiin sitoutuneen helppoliukoisen nitraatin (NO3), sulfaatin ja kloorin pitoisuudet pinta- ja pohjasedimenttikerroksissa kosteikkopuhdistamon eri osissa, Lintualtaalla, Vimpelijoessa ja Vuottolahdessa, Otanmäen tutkimusalue (ks. liitteet 2-3 ja 5). pH C totaali N NO3 P totaali liukoinen totaali S SO4 Cl totaali liukoinen liukoinen g/kg g/kg mg/kg g/kg g/kg mg/kg mg/kg 257 35,5 18,2 29 48,3 3480 368 1,06 <0,3 0,08 2,50 - - Kosteikko-osa K1 Pintakerros <10 cm 6,1 Pohjakerros 10-50 cm Kosteikko-osa K3 Pintakerros <10 cm 7,1 70,9 8,28 <6 1,89 5,30 9125 1450 Pohjakerros 10-50 cm 6,5 <0,6 <0,3 <2 <0,05 1,87 47,0 2,6 Pintakerros <15 cm 174 18,3 15,6 24 - - Pohjakerros 15-30 cm 5,61 0,43 0,09 5,60 - - <0,6 <0,3 <0,05 0,60 - - 6,2 111 6,67 <6 0,14 23,2 676 70 5,6 42,2 2,58 <2 0,57 0,70 73,0 38 38,1 2,31 0,53 0,60 - - 30,3 2,65 0,59 1,67 142 45 20,5 1,74 0,42 2,20 - - Pohjakerros 20-50 cm 27,4 2,18 0,60 0,65 - - Pohjakerros 50-200 cm 43,5 3,62 0,89 0,60 - - Kosteikko-osa K5 Alue ennen siltarumpua (ulosvirtauspiste) Sedimentti 0-30 cm Lintuallas Sedimentti 0-10 cm Vimpelinjoki Pintakerros 0-2 cm Pintakerros 2-6 cm Vuottolahti Pintakerros <10 cm 5,3 Pohjakerros 10-20 cm <2 Luonnontilaiset pohjakerrokset GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 16 2.9.2015 Taulukko 6. Raskasmetallien, koboltin (Co), kuparin (Cu), raudan (Fe) mangaanin (Mn), nikkelin (Ni), titaanin (Ti), vanadiinin (V) ja sinkin (Zn) keskiarvopitoisuudet kosteikkopuhdistamon pinta- ja pohjasedimenteissä, Lintualtaan ja Vimpelinjoen pintasedimentissä sekä Vuottolahden pinta- ja pohjasedimenteissä, Otanmäen tutkimusalue (ks. liitteet 2-3 ja 5). Co Cu Fe Mn Ni Ti V Zn mg/kg mg/kg g/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg 1110 2100 76 437 918 171 2350 2740 58 107 51 215 73 1380 284 84 Pintakerros <10 cm 140 223 427 566 179 19 525 1015 Pohjakerros 10-50 cm 60 109 62 373 82 1447 373 126 Pintakerros <15 cm 374 1400 58 326 433 993 4030 1860 Pohjakerros 15-30 cm 114 189 77 442 146 2420 611 448 Kosteikko-osa K1 Pintakerros <10 cm Pohjakerros 10-50 cm Kosteikko-osa K3 Kosteikko-osa K5 Alue ennen siltarumpua (ulosvirtauspiste) Sedimentti 0-30 cm 64 56 65 361 71 1180 302 146 338 210 92 813 323 861 1410 1090 Pintakerros 0-2 cm 23 21 40 786 32 748 108 95 Pintakerros 2-6 cm 18 15 27 452 25 797 84 67 Pintakerros <10 cm 38 38 55 1713 48 1239 274 161 Pintakerros 10-20 cm 44 57 56 859 58 773 230 179 Lintuallas Sedimentti 0-10 cm Vimpelinjoki Vuottolahti Luonnontilaiset pohjakerrokset Pohjakerros 20-50 cm 13 16 37 657 22 1138 56 72 Pohjakerros 50-200 cm 22 24 52 911 35 1349 82 117 Hapetus-pelkistyspotentiaalia kuvaavien redox-arvojen mukaan (ORP<-365 mV) sedimentaatioolosuhteet olivat Lintualtaalla hyvin pelkistävät, mikä edisti rikin saostumisen sulfidina ja kaasuna karkaavan rikkivedyn sekä metaanin tuoton. Sulfidisen rikin osuus pintasedimenteissä oli lähes 99 % kokonaisrikkipitoisuudesta. Sulfidiaines sitoi useita raskasmetalleja niukkaliukoiseen muotoon. Vaikka vanadiini ei muodosta rikkiyhdisteitä, sitoutui sitä runsaammin sedimenttiin kuin mangaania. Fosforia kulkeutui hyvin vähän kosteikolta Lintualtaalle, mistä syystä sen pitoisuudet sedimenteissä olivat pieniä. Lintualtaan pintasedimenteissä oli myös poikkeavan suuria kalsium- (Ca), kromi- (Cr) ja magnesium(Mg) pitoisuuksia, jotka heijastavat altaaseen kertyneen hienojakoisen rikastushiekan määrää. Nämä alkuaineet olivat sitoutuneena niukkaliukoisiin silikaattimineraaleihin. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 17 2.9.2015 Lintualtaan pintasedimenttien metallikertymät olivat lähes samaa suuruusluokkaa kuin kosteikkoalueen pintasedimenttien tai olivat niihin nähden yli kaksinkertaisia. Rautakertymät olivat Lintualtaassa pienemmät kuin kosteikkopuhdistamolla, missä esiintyi runsaasti rautasaostumia. 7.3 Vimpelinjoen ja Vuottolahden sedimenttirakenne ja kemiallinen koostumus Vimpelinjoesta otettu sedimenttinäyte (0 - 6 cm) edusti 2003-2004 talvikauden virtaamaa, jolloin sedimentoitunut hienoaines sedimentoitui syksyn tulvakaudella syntyneen hiekkakerroksen päälle. Jokisedimentin pintaosa 0 – 2 cm:n syvyydeltä oli lievästi hapettunut. Vuottolahdesta otetuista sedimenttiprofiileista voitiin erottaa ylin, vajaan 20 cm:n kerros, joka oli kertynyt kaivostoiminnan aikana ja sen jälkeisenä ajanjaksona 1953-2004. Kerrosta luonnehti minerogeenisen aineksen runsaus. Tätä kerrosta alemmat sedimenttikerrokset edustivat luonnontilaista sedimentaatiota ennen vuotta 1953. Luonnontilaisten sedimenttikerrosten paksuus oli Vuottolahden syvänteen alueella yli 4 m ja kerros erottui sähköjohtavana alueena (ks. liitteen 3 kartta). Vimpelijoen ja Vuottolahden pintasedimenttien typpi- ja fosforipitoisuudet olivat samaa suuruusluokkaa (N 2,6 g/kg, P 0,6 g/kg, taulukko 6). Mangaanipitoisuudet olivat alueen luontaisesta pitoisuustasosta poikkeavia vain Vuottolahden ylimmässä pintakerroksessa (1710 mg/kg, taulukko 6). Pintasedimenttien vanadiinipitoisuudet vaihtelivat Vimpelinjoessa välillä 80-110 mg/kg ja Vuottolahdessa välillä 230-270 mg/kg. Vuottolahden pohjasedimentissä V-pitoisuus oli 60-80 mg/kg. Vimpelinjoen pintasedimenttien sinkkipitoisuudet olivat samaa suuruusluokkaa kuin Vuottolahden pohjasedimenttien luontaiset Zn-pitoisuudet (70-120 mg/kg), kun taas Vuottolahden pintasedimenttien pitoisuudet olivat luontaisia sinkin pitoisuuksia hieman suuremmat (160-180 mg/kg). Koboltin, kuparin ja nikkelin pitoisuudet olivat pieniä, 30 mg/kg, ollen samaa suuruusluokkaa kuin Vuottolahden pohjasedimenttien luontaiset Co-, Cu- ja Ni-pitoisuudet. Myös näiden metallien pitoisuudet (40-60 mg/kg) ylittivät luontaiset pitoisuustasot Vuottolahden pintakerroksissa (0-20 cm). Kuvassa 7 on verrattu Vimpelijoen ja Vuottolahden sedimenttien koostumusta vanadiini/kalium (V/K) ja nikkeli/kromi (Ni/Cr) -pitoisuussuhteiden avulla. Suhdelukuja käyttämällä pienennetään näytteiden raekokovaihtelusta johtuvaa pitoisuustason vaihtelua. Jakauma osoitti, että vuosien 1953 – 2003 aikana raskasmetallien kuormitus kaivosalueelta Vuottolahteen oli huomattavan suurta verrattuna alueen luontaiseen metallikertymätasoon ennen v. 1953. Myös määrällisesti kuormitus oli suurta, sillä kerrostumisnopeus noin 20 cm/50 v oli keskimääräistä suurempi. Huomionarvoista oli, että Lintualtaan sedimenteissä V/K-suhde oli n. seitsemänkertainen (0,5) verrattuna raskasmetalleja runsaasti sisältäviin Vuottolahden pintasedimentteihin (0,075, kuva 7). Nuorin metallikuormitus oli kuitenkin vähenemässä, sillä Vimpelinjoen sedimenttinäytteet osoittivat raskasmetalleja kertyvän Vuottolahteen vähemmän kuin keskimäärin vuosien 1953 – 2003 aikana. Luonnollista pitoisuustasoa ei kuitenkaan ole vielä saavutettu. Vuottolahden pintaosan sedimentissä (0-20 cm) havaittiin olevan huomattava hajuhaitta, mikä aiheutunee kaivoksen toiminnan aikana järveen sedimentoituneen jäteaineksen kemiallisesta muutunnasta. Redox-mittausten mukaan (ORP = - 450 mV) olosuhteet sedimentissä viittasivat metaanin ja rikkivedyn muodostumisen. Sedimentin päällä olevassa vesinäytteessä ei kuitenkaan tunnistettu hajua. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 18 2.9.2015 Kuva 7. Nikkeli/kromi (Ni/Cr) ja vanadiini/kalium (V/K)-pitoisuussuhteiden välinen riippuvuus Vuottolahden ja Vimpelinjoen sedimenteistä. Sedimentit luokiteltiin kerrostumisen mukaisiin ikäryhmiin: Vuottolahti < 1953 -ryhmän sedimenttinäytteet syvyydeltä > 20 cm edustivat luontaista sedimenttiainesta, joka oli kertynyt ennen kaivostoiminnan alkua v. 1953. Vuottolahti 1953 – 2003 -ryhmän näytteet edustivat mainittuina vuosina Vuottolahteen kerrostunutta ainesta. Vimpelinjoki 2004 -ryhmän näytteet edustivat talvella 2003-2004 joen pohjalle kertynyttä ainesta. 8 KOSTEIKON JA LINTUALTAAN PUHDISTUSTOIMINNAN ARVIOINTI Virtaamamittauksista ja veden typpi- sekä fosforipitoisuuksista laskettiin typen ja fosforin pidättymisprosentit (%), joiden perusteella arvioitiin kosteikon puhdistus-tehoa kosteikon (K1) alkuosan ja ulosvirtauskohdan (L1) välillä. Ulosvirtaus lammikosta L1 oli kesäkuun alussa n. 11 l/s, mikä oli lähes nelinkertainen kosteikolle tulevan veden virtaamasta (2,5 l/s, liite 6). Kosteikolle tulevan veden kokonaistyppi- ja ammoniumtyppimäärät olivat yllä mainitussa virtauman mittauspisteessä 3,2 kg/d ja 2,8 kg/d. Ulosvirtaavan veden kokonaistyppi- ja ammoniumtyppipitoisuudet olivat 1,9 kg/d ja 0,2 kg/d. Jos suotoveden typpipitoisuutta ei huomioida laskelmissa, kosteikon puhdistusteho oli ammoniumtypen osalta noin 90 % ja kokonaistypen osalta noin 40 %. Kokonaistypen heikompaa pidättymistä vähensi ilmeisesti sedimenteistä vapautuvat ravinteet veden virratessa kosteikon läpi. Jos oletetaan jäteveteen sekoittuvan suotoveden sisältävän typpeä (esim. 0,56 mg/l, piste 26-OTA-04/6), pidättymisosuus kokonaistypelle olisi noin 15 % suurempi. Tehty arvio edusti vuoden 2004 alkukesän typen pidättymistehoa, jolloin biologinen toiminta oli vielä vähäistä. Kesällä pidättymistä edisti kasvien ravinnonotto ja mikrobiologinen aktiivisuus, josta merkittävänä on denitrifikaatiobakteerien toiminta. Bakteerit pelkistävät typen typpikaasuksi (Puustinen et al. 2001). GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 19 2.9.2015 Fosforin osalta pidättyminen kosteikon sedimentteihin ja kasveihin oli lähes 100 %. Fosforimäärä kosteikolle tulevassa vedessä oli kesäkuun alussa 0,6 kg/d. Kosteikkoalueelta poistuvassa vedessä fosforin määrä oli <0,009 kg/d. Yllä esitetty laskelma pätee vain osaan kosteikkoaluetta ja siten arvioitu puhdistusteho edusti minimiarviota. Virtaumamittauksien luotettavuutta vääristi kosteikko-osien ulkopuolelta tulevat pintavesien ja rikastushiekan suotovesien hajakuormitus, jonka osuutta kosteikkoalueen läpi virtaavien vesimääriin oli vaikea mitata tai arvioida. Kosteikon hyvää puhdistustehoa tuki myös typpi- ja fosforikertymät kosteikkopuhdistamon sedimenteissä. Kertymät olivat suurimmat kosteikkoalueen alkuosassa. Vedet puhdistuivat lopullisesti läjitysalueen ulkopuolella, kosteikko-osalla K4 ja Lintualtaalla sedimentaation kautta (liite 6). Kosteikkopuhdistamon kautta kulkevaan jäteveteen sekoittui rikastushiekka-altaan raskasmetalli- ja rikkipitoista suotovettä. Metalleja, varsinkin mangaania liukeni veteen rikastushiekan liettyessä ulosvirtausojaan (siltarumpuun). Osa metalleista pidättyi niukkaliukoisina kompleksiyhdisteinä kosteikon orgaaniseen ainekseen, osa niukkaliukoisina sulfideina ja vain murto-osa kulkeutuu liukoisessa muodossa Lintualtaaseen. Tästä poikkeava tulos oli mangaanin heikko pidättyminen kosteikon ja Lintualtaan sedimentteihin. Mangaania kulkeutui Vuottolahteen, jonka pintasedimentteihin mangaania pidättyi monikertaisesti enemmän kuin läjitysalueen kosteikko- tai Lintualtaan pintasedimentteihin. Myös osa vanadiinista kulkeutui Vuottolahteen ja pidättyi siellä oleviin pintasedimentteihin. Vimpelinjoen sedimenttikerroksessa esiintyi mineraalista hienoainessedimenttejä. Niiden raskasmetallipitoisuudet olivat suuremmat kuin alueen järvisedimenttien luontaiset pitoisuudet. Koostumuksen perusteella osa mineraaliaineksesta oli lähtöisin läjitysalueelta. Ainesta kulkeutui joko tuulen mukana ja/tai kaivostoiminnan aikana läjitysaltaalta juoksutetun veden mukana. Tänä päivänä hienoaineksen kulkeutuminen Lintualtaalta juoksutettavan veden mukana oli havaintojen mukaan hyvin vähäistä kuin mitä se oli kaivostoiminnan aikana. 9 SUOSITUSEHDOTUKSET KOSTEIKKOPUHDISTAMON TOIMINNAN TEHOSTAMISEKSI 1. Jätevedet virtaavat nopeasti kosteikon alkuosan läpi uomia pitkin, jolloin kosteikon puhdistuskapasiteetti alenee, varsinkin keväällä tulva-aikoina ja runsassateisina vuodenaikoina. Vesien määrän vähentämiseksi suositeltiin seuraavia vaihtoehtoisia toimenpiteitä: - Pumppaamolle tuleviin jätevesiin sekoittuvien hulevesien (sade- ja lumen sulamisvesien) määrää vähennettäisiin. Talgo-Transtech Ltd Oy:n jäähdytysvesiä ei juoksutettaisi kosteikolle menevään jätevesiuomaan. Vedet tulisi johtaa muuta kautta Lintualtaalle tai jos ne vaativat puhdistamista, tulisi tämä vesimäärä huomioida kosteikon laajentamisessa. - Vedet ohjattaisiin virtaamaan koko kosteikon leveydeltä patoamalla. Tähän liittyvänä toimenpiteenä suositeltiin kosteikon alkuosaan laskevien luonnonvesien ohjaamista läjitysalueen ulkopuoliseen uomaan, mikä vähentäisi kosteikolle tulevien laimentavien, puhtaiden vesien määrää. Kosteikkoalueen laajentamisehdotuksena esitettiin rakentaa patoamalla kosteikkoallas ensimmäisen kosteikko-osan (K1) itäpuolelle (nk. esilaskeutusaltaaksi). GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 20 2.9.2015 - 2. Rakennettaisiin porrastukset eri kosteikko-osien välille, minkä avulla lisättäisiin veden viipymää kosteikolla. Tässä vaihtoehdossa tulisi suunnittelussa huomioida kosteikko-allasosien laajentamistarve, esim. tehostamalla veden kierrätystä koko kosteikko-osan K1 alueella ja/tai nostamalla veden pintaa lammikossa L1 (patoaminen), jolloin veden viipymä kosteikko-osan K3 ja lammikon L1 alueella kasvaisi. Rikastushiekkaa liettyy rikastushiekkapadon ulkopuolelle ja sieltä edelleen Lintualtaan eteläpuoleiseen kosteikkoon. - Kaivettaisiin rikastushiekkapadon sisäpuolelle uoman kohdalle allas, johon mineraalinen hienoaines voisi laskeutua. Samanlainen laskeutusallas tulisi rakentaa patoaltaan ulkopuolella olevan ojan päätekohdassa. Voimakkaimpiin virtapaikkoihin suositeltiin kiveämistä. 10 KIRJALLISUUSVIITTEET Doležal, J., Povondra, P., Šulcek, Z., 1968. Decomposition techniques in inorganic analysis. Iliffe Books, London. Häikiö, J. & Porkka, H. 1987. Vuolijoella tutkitut suot ja niiden turvevarat. Turveraportti 207. Geologian Tutkimuskeskus. Illi, J., Lindholm, O., Levanto, U-M., Nikula, J., Pöyliö, E. & Vuoristo, E. 1985. Otanmäen kaivos. Summary: Otanmäki mine. Vuoriteollisuus 43 (2), 98-107. Lahermo, P., Väänänen, P., Tarvainen, T. & Salminen, R. 1996. Suomen geokemian atlas. Osa 3: Ympäristögeokemia - purovedet ja –sedimentit. Espoo: Geologian tutkimuskeskus. 149 p. Papunen, H. 1986. Suomen metalliset malmiesiintymät. In: Papunen, H., Haapala, I. & Rouhunkoski, P. (eds.) Suomen malmigeologia : metalliset malmiesiintymät. Helsinki: Suomen Geologinen Seura, 133214. Puustinen, M., Koskiaho, J., Gran, V., Jormola, J., Maijala T., Mikkola-Roos, M., Puumala, M., Riihimäki, J., Räy, M., ja Sammalkorpi, I. 2001. Maatalouden vesiensuojelukosteikot. Vesikot-projektin loppuraportti. Helsinki: Suomenympäristökeskus, Suomen ympäristö 499, 61 s. Pekkarinen, L. 1991. Raportti 080/3413 11/LP/91. Kaivoslain 19 §:n mukainen tutkimustyöselostus. Vuolijoki, Honkamäki, 3413 11, ”Hautakangas”, kaiv. rek. nro 3810/1. Räisänen, M. L. & Carlson, L. 2003. Selective extraction methods applied for secondary precipitates in the mining environment. Nordic Society for Clay Research. Newsletter No 14 February 2003, 6-7. Tenhola, M. & Murtoniemi S. 1983. Esitutkimusraportti., karttalehti 3431, Kajaani. Raportti S/42/3431/1/83, Geologian tutkimuskeskus, 17 s. Äikäs, O. 1990. Torium- ja niobi-lantanidimalmiaiheet Vuolijoen Otanmäessä. 28 s., 5 liitettä. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, M19/3431/-90/1/60.0. Muut tutkimusaluetta koskevat raportit: Kippola, P., Sundström, J. & Pekkala, M. 2003. Oulujärven vesistöalueen yhteistarkkailu v. 2002, Oulujärven ympäristö. Osa I: Käyttökuormitus ja kuormitustarkkailu. Raportti 9M020127, 22.7.2003. Jaakko Pöyry Infra PSV-Maa ja Vesi, 31 s. Pekkala, M. & Rantala, L. 2002. Oulujoen vesistöalue, Oulujärven velvoitetarkkailu v. 2001. Osa II: Vesistötarkkailu. Jaakko Pöyry Infra PSV-Maa ja Vesi, raportti no P01134 8.7.2002, 37 s. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 21 2.9.2015 LIITTEET LIITE 1 Näytteenotto- ja analyysimenetelmät LIITE 2 Näyteluettelo, sedimenttiprofiilien kuvaukset LIITE 3 Aerosähköisen imaginäärikomponentin jakautuminen Vimpelinjoen ja Vuottolahden alueella ja sedimentti- sekä vesinäytepisteiden sijainti. LIITE 4 Lintualtaan ja läjitysalueen pintavesinäytepisteiden sijainti LIITE 5 Lintualtaan ja läjitysalueen sedimenttinäytepisteiden sijainti LIITE 6 Kuona- ja rikastehiekan läjitysalueella sijaitseva kosteikkopuhdistamo, vesien virtaussuunnat, muut kaatopaikat LIITE 7 Suotovesikohteet Lintualtaan ja läjitysalueen patovalleissa GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 22 2.9.2015 Liite 1. Näytteenotto- ja analyysimenetelmät Vesinäytteenotto, mittaukset ja kemian analyysit Pintavesinäytteet otettiin puolen litran muovipulloihin liitteissä 3 ja 4 esitetyistä kohteissa. Lintualtaan Vimpelinjoen ja Vuottolahden vedestä vesinäyte otettiin rutner-näytteenottimella. Matalassa vesiuomassa vesinäyte otettiin vesipinnan alapuolelta [>(5-10) cm] suoraan näytepulloon. Kustakin pisteestä vesinäytteitä otettiin kolmeen muovipulloon; yksi vesipullo typpimäärityksiin (kokonaistyppi, NH4), yksi vesipullo kiintoaineksen, alkaliteetin, KMnO4-luvun ja anionien määritykseen sekä yksi vesipullo alkuainemäärityksiin. Maastossa vesinäytteet varastoitiin kuljetuksen ajaksi kylmälaukkuihin. Näytteenoton yhteydessä mitattiin kustakin kohteesta veden pH ja ORP-luku (hapetus-pelkistyspotentiaaliarvo). Alkuainemäärityksiin otetun vesinäytteen annettiin laskeutua 1,5-2 vrk kylmiössä ennen suodatusta. Laskeutuksen tarkoituksena oli vähentää hienorakeisen kiintoaineksen määrää suodatettavassa näytteessä. Laskeutetusta näytteestä mitattiin uudelleen pH ja ORP-luku sekä lisäksi sähkönjohtokyky, happipitoisuus ja hapen kyllästysaste. Uusinta pH-mittauksen tarkoituksena oli seurata saostuvan raudan ja alumiinin vaikutusta veden happamuuteen. Mittaukset tehtiin kenttäkäyttöisillä pH-(WTW, pH 320/Set-1), sähkönjohtokyky- (WTW, Cond 340/Set) ja happimittarilla (WTW, OXI 330/Set). ORP-arvo mitattiin Mettler MP125 pH Meter-mittarilla käyttäen Pt4805-60-88TE-S7/120-elektrodia. Elektrolyyttiliuos oli Friscolyt 9848 (talvi). Yllä mainittujen mittausten jälkeen jäljellä olevasta näytevedestä suodatettiin 100 ml:n vesiotos 0,45 m:n kertakäyttösuodattimella 100 ml:n näytepulloihin. Vesinäyte kestävöitiin 0,5 ml suprapurtyppihappolisäyksellä. Näytteestä mitattiin 30 alkuainetta ICP-AES (Jarrell-Ash IRIS Advange) ja ICPMS (P-E Elan 6000) -laitteilla GTK:n akkreditoitussa geolaboratorissa Espoossa. Laskeutetusta ja suodatetusta vedestä mitatut alkuaineet ovat pääasiassa ionimuotoisina, biosaatavina kationeina. Kestävöimättömistä puolen litran vesinäytteistä mitattiin kiintoainespitoisuus gravimetrisesti, alkaliniteetti ja KMnO4-luku titrimetrisesti sekä anionien (nitraatti NO3, sulfaatti SO4, kloori Cl) pitoisuudet ionikromatografimenetelmällä ja fosfaatti PO4 spektrometrisesti GTK:n akkreditoidussa geolaboratoriossa Espoossa. Kokonaistyppi- ja ammoniumtyppipitoisuudet määritettiin akkreditoidussa Savo-Karjalan Ympäristötutkimus Oy:ssä. GTK:n geolaboratorio ja Savo-Karjalan ympäristötutkimus Oy:n laboratoriot on akkreditoitu EN 45001 standardin ja ISO Guide 25 mukaan. Sedimenttinäytteenotto Sedimenttinäytteitä otettiin Vuottolahdesta ja Vimpelinjoesta Limnos-näytteen-ottimella enintään 27 cm syvyyteen saakka. Vuottolahden koko sedimenttihorisontti otettiin GTK:n kehittämällä putkikairausmenetelmällä. Näytteenottimena oli männällä varustettu muoviputki. Kosteikolta ja Lintulammen sedimenteistä näytteet otettiin muoviputkella tai separoimalla gravitatiivisesti vedensekaista saostuma-ainesta. Näytteet jäädytettiin välittömästi näytteenoton yhteydessä. Vuottolahdesta ja Vimpelinjoelta näytteet otettiin 25.3. ja muista kohteista 5.-6.4.2004. Laboratoriossa jäisistä näyteprofiileista näytekerrokset eroteltiin hapettumisasteen ja mineraalisen sekä orgaanisen aineksen vaihtelun mukaan. Jäiset kerrosnäytteet kylmäkuivattiin lyofilisaattorissa, jonka jälkeen aines seulottiin <2 mm raekokoon. Alkuainepitoisuudet määritettiin väkevällä typpihappouuttomenetelmällä mikroaalto-uunissa käyttäen ICP-AES-tekniikkaa (EPA 3051, Niskavaara 1995). GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 23 2.9.2015 Liite 1 Jatkuu Väkevä typpihappo hajottaa täysin trioktaedriset kiilteet, savimineraalit, saostumamineraalit ja useimmat suolamineraalit. Uutossa eivät hajoa maasälvät, kvartsi, amfibolit, pyroksenit ja rauta- sekä kromioksidimineraalit (Doležal et al. 1968). Happoon liukenemattomien mineraalien pinnasta voi uutossa etsautua mm. kalsium (Ca), natrium (Na) ja kalium (K). Rikin, typen ja hiilen kokonaispitoisuudet määritettiin rikkianalysaattorilla (Leco-S) ja hiilityppianalysaattorilla. Lisäksi seulotusta näytteestä määritettiin vesiuutto-menetelmällä helposti liukenevien anionien (bromi Br, kloori Cl, fluori F, sulfaatti SO4, nitraatti NO3, fosfaatti PO4) pitoisuudet. Mittaukset tehtiin ioni-kromatografitekniikalla. Näytteiden pH mitattiin kalsiumikloridiuuttomenetelmällä (0,01 M CaCl2) potentiometrisesti. Näytteiden esikäsittely, pH- ja alkuainemittaukset sekä niihin liittyvät uutot tehtiin GTK:n akkreditoidussa Kuopion geolaboratoriossa ja anionimittaukset sekä siihen liittyvä uutto Espoon geolaboratoriossa. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 2.9.2015 Liite 2. Näyteluettelo, sedimenttinäytteiden kuvaus TUN Näyte X Y Syvyys m Pvm. 1-OULU-04 Vesi 7118211 3508338 3,3 26.03.2004 2-OULU-04 Vesi 7116190 3507488 0,6 26.03.2004 3-OULU-04 Vesi 7117205 3508433 0,5 26.03.2004 7_OTA_04 Vesi 7114587 3504393 0,4 06.04.2004 8-OTA-04 Vesi 7113905 3504841 0,1 06.04.2004 9-OTA-04 Vesi 7113631 3504807 0,1 06.04.2004 10-OTA-04 Vesi 7113985 3504880 0,1 06.04.2004 11-OTA-04 Vesi 7115410 3505739 2,0 06.04.2004 12-OTA-04 Vesi 7115307 3505525 2,0 06.04.2004 13-OTA-04 Vesi 7115540 3505041 1,9 06.04.2004 7-OTA-04/5 Vesi 7114592 3504391 0,1 25.05.2004 8-OTA-04/5 Vesi 7113905 3504841 0,1 25.05.2004 9-OTA-04/5 Vesi 7113631 3504807 0,1 25.05.2004 10-OTA-04/5 Vesi 7114469 3504287 0,1 25.05.2004 11-OTA-04/5 Vesi 7115485 3506003 1,0 25.05.2004 12-OTA-04/5 Vesi 7117020 3508180 0,1 25.05.2004 13-OTA-04/5 Vesi 7115195 3504526 0,1 25.05.2004 14-OTA-04/5 Vesi 7114129 3504622 0,1 25.05.2004 15-OTA-04/5 Vesi 7113864 3504680 0,1 25.05.2004 16-OTA-04/5 Vesi 7113738 3504797 0,1 25.05.2004 170-0TA-01/5 Vesi 7115142 3504572 0,1 25.05.2004 94-OTA-68/5 Vesi 7114097 3504935 0,1 25.05.2004 21-OTA-04/6 Vesi 7114152 3504900 0,1 08.06.2004 22-OTA-04/7 Vesi 7113808 3504854 0,1 08.06.2004 23-OTA-04/8 Vesi 7113699 3504815 0,1 08.06.2004 24-OTA-04/9 Vesi 7113595 3504805 0,1 08.06.2004 25-OTA-04/10 Vesi 7113415 3504755 0,1 08.06.2004 26-OTA-04/11 Vesi 7113730 3504880 0,1 08.06.2004 1-OULU-04 Sedimentti 7118211 3505338 3,9 25.03.2004 4-OULU-04 Sedimentti 7118532 3508581 4,7 25.03.2004 1-OTA-04 Sedimentti 7115543 3505045 2,0 05.04.2004 4-OTA-04 Sedimentti 7115411 3505733 2,6 05.04.2004 5-OTA-04 Sedimentti 7115304 3505526 2,0 05.04.2004 6-OTA-04 Sedimentti 7117202 3508438 1,7 05.04.2004 16-OTA-04 Sedimentti 7113933 3504727 0,2 06.04.2004 17-OTA-04 Sedimentti 7113989 3504878 0,2 06.04.2004 18-OTA-04 Sedimentti 7113903 3504837 0,2 06.04.2004 19-OTA-04 Sedimentti 7113631 3504807 0,2 06.04.2004 24 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 25 2.9.2015 Liite 2 Jatkuu Sedimenttinäytteiden kuvaus Sedimenttinäytteitä otettiin Vuottolahdesta lietteen kerrostumisalueelta n. 4 m syvyydeltä (liite 3). Vuottolahden LIMNOS-sedimenttinäyte (1-OULU-04) jaettiin kolmeen osaan: 0 – 7 cm, 7 – 17 cm ja 17 – 27 cm. Ylin 7 cm on väriltään ruosteenruskeaa ja näytteessä on voimakas hajuhaitta, 7 – 17 cm tumman harmaata ja alin > 17 cm vihertävän harmaa. Kerrosten raja oli jyrkkä, joten ylin 17 cm aines edustaa todennäköisimmin v. 1953 jälkeistä vaihetta ja > 17 cm syvyydellä oleva aines ennen 1953 vallinnutta luonnontilaista ajanjaksoa. Vuottolahdelta otettu putkinäyte (4-OULU-04) jaettiin viiteen osaan, josta 0 – 12 cm edustaa v. 1953 jälkeistä kerrostumisaikaa ja alapuolella olevat sedimenttikerrokset ovat syntyneet ennen kaivostoiminnan alkua. Kuona- ja rikastushiekan läjitysalueelta otetuissa sedimenttiprofiileissa oli kerrosrajat vaiheittaisia. Ylin saostumakerros myötäili kerrostuma-alustan pohjan muotoja ja sen paksuus vaihteli. Kosteikko-osan K5:n alueelta otetussa sedimenttinäytteessä oli voimakas hajuhaitta, kuten varsinaisen kosteikkopuhdistamon näytteissäkin (liite 6). GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 26 2.9.2015 Liite 3. Vimpelinjoen ja Vuottolahden sedimentti- ja vesinäytepisteiden sijainti. Tausta kuvaa aerosähköistä imaginäärikomponenttia, joka on mitattu vuonna 1979 suoritetuissa matalalennoissa. Imaginäärikomponentti kuvaa sedimentin sähkönjohtavuutta ja siihen liittyvän savipitoisen liejun runsautta. Kuvan mukaan hyvin sähköä johtavia sedimenttejä on kuona- ja rikastushiekka-altaalla ja Lintualtaalla. Vuottolahdessa kohonnut sähkönjohtokyky aiheutuu yli 4 m paksuisista liejukerroksista. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 2.9.2015 Liite 4. Lintualtaan ja läjitysalueen pintavesinäytepisteiden sijainti 27 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 2.9.2015 Liite 5. Lintualtaan ja läjitysalueen sedimenttinäytepisteiden sijainti 28 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 29 2.9.2015 Liite 6. Kuona- ja rikastehiekan läjitysalueella sijaitseva kosteikkopuhdistamo, vesien virtaussuunnat, muut kaatopaikat GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 47/2015 2.9.2015 Liite 7. Suotovesikohteet Lintualtaan ja läjitysalueen patovalleissa 30
© Copyright 2024