Vedenkäsittelyprosessin tehostaminen Nerkoon vesilaitoksella ̶ raudan ja mangaanin poisto sekä alkalointi

Abstract

Veden happamuus sekä korkeat rauta- ja mangaanipitoisuudet lukeutuvat yleisimpiin pohjaveden käsittelytarpeen aiheuttaviin vedenlaatuun liittyviin ongelmiin suomalaisilla vesilaitoksilla. Työn tavoitteena oli selvittää millaisia prosessimuutoksia Nerkoon vesilaitokselle olisi mahdollista ja kannattavaa tehdä. Nerkoon vesilaitoksella päästään alle talousvesiasetuksen suositusten mukaisen tason raudan ja mangaanin poistossa nykyisessä prosessissa, mutta niiden poistotekniikan erottaminen alkaloinnista nähdään tarpeellisena. Nykyisessä kalkkikivialkaloinnissa vesi ylikyllästyy ja kalkkia saostuu heti, kun vesi lämpenee.

Prosessin tarkasteltaviksi osa-alueiksi raakaveden laadun perusteella muodostui raudan ja mangaanin poisto sekä veden syövyttävyyden vähentäminen. Raudan ja mangaanin poiston suodatinvaihtoehtojen tarkasteluiden lähtökohdat olivat, että vesilaitoksella olevat allasrakenteet voitaisiin hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti sekä biologisen hapetuksen hyödyntäminen käsittelyssä. Vertailuun otettiin myös kemiallisen hapetuksen vaihtoehto sekä molempia hyödyntäviä vaihtoehtoja. Vaihtoehdoiksi muodostui yhteensä viisi eri prosessia. Alkalointia tarkasteltiin raakaveden laadun ja tuotevedelle saavutettavan vedenlaadun näkökulmasta. Alkalointitapojen tarkasteluun valikoituivat lopulta lipeä, sooda sekä ilmastuksen ja kalkkikivialkaloinnin yhdistelmä. Nerkoolla toinen vedenottamon kaivoista ei ole ollut käytössä laitoksen rakentamisen jälkeen sen korkean rautapitoisuuden vuoksi. Nerkoolta otettava vesimäärä on tällä hetkellä 500 m3/d luokkaa, vaikka pohjavesialueen vedenottolupa on 1100 m3/d. Vaihtoehtojen tarkasteluissa otettiin huomioon mahdollisen lisäveden saaminen prosessiin.

Lisäveden hankintaa varten Taipale-Nerkoo pohjavesialueelle tehdään geologinen rakennetutkimus ja pohjaveden virtausmallinnus vuosien 2018-2019 aikana. Työssä määritettiin liuenneen raudan ja mangaanin hapetustavat sekä hapetukseen tarvittavat olosuhteet ja hapettimen määrät, määriteltiin suodattimien huuhtelukierrot ja mitoitettiin suodattimet raudan- ja mangaanin poistoon sekä laskettiin arviot kalkki-hiilidioksiditasapainolle kullekin vaihtoehdolle. Laskuesimerkit arvioinnista mahdollistavat vesilaitoksen henkilökunnan perehtymisen syvemmälle syövyttävyyden arviointiin myös muiden vesilaitosten vedenlaadun arvioinnissa.

The acidity of the water and high concentrations of iron and manganese are among the most common problems related to the water quality of the groundwater treatment industry in Finnish water treatment plants. The aim of the thesis was to find out what kind of process changes would be possible and profitable for Nerkoo water treatment plant. The Nerkoo water treatment plant will be able to lower the level of iron and manganese concentrations in the current process under the recommendations of the Finnish Water Regulations, but the separate process from alkalization technology is considered to be necessary. In the existing limestone alkalization process, water is over-saturated and calcium precipitates as water warms up.

The process changes were divided on the basis of raw water quality in iron and manganese removal and water corrosion reduction. The premise for the analysis of iron and manganese filter alternatives were that the existing pool structures in the water facility could be utilized as efficiently as possible and the utilization of biological oxidation method in the process. Alternatively, a chemical oxidation option and option by utilizing both oxidation methods were also taken into consideration. Five different process configurations for filtration were found. Alkalization was examined from the raw water quality point of view and the water quality to be achieved for product water. Finally, the lye, soda, and a combination of aeration and limestone alkalization were selected for the examination. In Nerkoo, one of the wells in the water intake area has not been used after the plant has been built because of its high iron content. The amount of intake water is currently about 500 m3/d, even though the groundwater permit for the water intake is 1100 m3/d. Also, the possibility for having extra water in the process were took into consideration in every alternative.

For the acquiring extra water, a geological structure survey and groundwater flow modelling will be carried out in the Taipale-Nerkoo groundwater area during 2018-2019. In the work, oxidation method, suitable conditions and oxidant levels were defined for dissolved iron and manganese. Also, filtration backwash cycle and dimensioning were carried out. In the alkalization step, the calcium-carbondioxide balance was calculated for the reduction of corrosion in each alternative. The calculation examples allow the water management company personnel to get acquainted with deeper into the assessment of corrosive water quality of other water treatment plants.