Bromide levels in selected surface waters and wastewater treatment plant effluents

Abstract

Bromide occurs in surface waters as a result of geogenic and anthropogenic sources. The main natural source of bromide is the sea. Anthropogenic sources include, for example, wastewater from industry and households. Bromide can also end up in surface waters as a result of seawater intrusion. The literature part of this bachelor's thesis focuses more specifically on the different sources of bromide in surface waters.

High concentrations of bromide can cause problems during water treatment. During chemical disinfection and oxidation, disinfection by-products (DBPs) may be formed, some of which can be carcinogenic. However, according to the literature, the concentrations of bromide in Finnish surface waters are low, below 100 μg/L, but in coastal areas the value may be exceeded. In coastal areas, bromide concentrations are often higher than inland due to the influence of seawater. Although the bromide levels in Finnish surface waters are low, they are not lower than in inland surface waters of Northern and Central Europe.

In the experimental part the concentrations of bromide were analyzed in selected surface waters and wastewater treatment plant (WWTP) effluents in Lappeenranta and Mikkeli. The water quality of the samples was also assessed by measuring pH, turbidity, dissolved organic carbon (DOC), total nitrogen (TN), and other anions. The highest bromide concentrations were reached in the rivers Karijoki (26.35 μg/L) and Rakkolanjoki (11.21 μg/L) and in the Mikkeli WWTP effluent (13.65 μg/L) and Lappeenranta WWTP effluent (13.54 μg/L). In these water samples, the total nitrogen, chloride, nitrate and sulfate concentrations were also clearly higher, meaning that water quality had an effect on the amount of bromide. In other surface water samples, bromide concentrations were lower, ≤ 4.75 μg/L.

Bromidia esiintyy pintavesissä luonnostaan sekä ihmisten aiheuttamien tekijöiden vuoksi. Meri on bromidin tärkein luonnollinen lähde. Ihmisen aiheuttamia lähteitä ovat esimerkiksi teollisuudesta ja kotitalouksista peräisin olevat jätevedet. Bromidia voi päätyä pintavesiin myös meriveden tunkeutumisen seurauksena. Tämän kandidaatintyön kirjallisuusosiossa perehdytään tarkemmin eri bromidin lähteisiin pintavesissä.

Korkeat bromidipitoisuudet voivat aiheuttaa ongelmia vedenkäsittelyn aikana. Kemiallisen desinfioinnin ja hapettumisen aikana voi muodostua desinfioinnin sivutuotteita, joista osa voi aiheuttaa syöpää. Kirjallisuuden perusteella bromidin pitoisuudet Suomen pintavesissä ovat kuitenkin matalia, alle 100 μg/L, mutta rannikkoalueilla arvo voi ylittyä. Rannikkoalueilla bromidipitoisuudet ovat usein korkeampia kuin muualla maassa meriveden vaikutuksesta. Vaikka bromidipitoisuudet Suomen pintavesissä ovat alhaisia, ne eivät ole alhaisempia kuin Pohjois- ja Keski-Euroopan sisämaan pintavesissä.

Kokeellisessa osiossa tutkittiin bromidipitoisuuksia Lappeenrannan ja Mikkelin valituissa pintavesissä ja jätevedenpuhdistamoiden jätevesissä. Myös näytteiden vedenlaatua mitattiin pH:n, sameuden, liuenneen orgaanisen hiilen (DOC), kokonaistypen (TN) sekä muiden näytteissä olevien anionien avulla. Korkeimmat bromidipitoisuudet havaittiin Karijoessa (26.35 μg/L) ja Rakkolanjoessa (11.21 μg/L) sekä Mikkelin (13.65 μg/L) ja Lappeenrannan (13.54 μg/L) jätevedenpuhdistamojen jätevesissä. Näissä vesinäytteissä myös kokonaistypen, kloridin, nitraatin ja sulfaatin pitoisuudet olivat selvästi korkeammat, eli vedenlaadulla oli vaikutusta bromidin määrään. Muissa pintavesinäytteissä bromidipitoisuudet olivat alhaisempia, ≤ 4.75 μg/L.