Tekopohjavesi
Tekopohjavesi on pohjavettä, jota tehdään lisäämällä pohjavesiesiintymän luontaista antoisuutta imeyttämällä pohjavesiesiintymään käsittelemätöntä tai esikäsiteltyä pintavettä.
Tekopohjaveden muodostumista tapahtuu myös luontaisesti. Esimerkiksi Suomessa on useita järviä, joista vettä rantaimeytymisenä purkautuu pohjaveteen. Tästä esimerkkinä Muuratjärvi Muuramessa, joka Muuratharjun läpi purkaa vettä Päijänteeseen. Vaikka imeytymistä on tapahtunut tuhansia vuosia, harjussa oleva vesi on edelleen hyvälaatuista.
Käytännössä monilla pohjavesilaitoksilla on rantaimeytymistä. Tätä tapahtuu jossakin määrin aina, kun läheisen vesistön pinta on ylempänä kuin pohjaveden pinta kaivoalueella.
Tekopohjavettä joudutaan valmistamaan, jos luontaisen pohjaveden määrä ei ole riittävä. Tavoitteena on tuottaa riittävästi hyvälaatuista talousvettä yksinkertaisesti ja edullisesti ilman kemiallista käsittelyä.
Tekopohjaveden vaihtoehtona voi olla talousveden valmistus pintavesilaitoksella. Tekopohjaveden valmistuksen etuja pintavesilaitokseen verrattuna on luonnonmukainen puhdistuminen ilman kemikaaleja, tasainen vedenlaatu ja lämpötila sekä maakerrosten alla suojassa oleva raakavesivarasto.
Tekopohjavettä on käytetty talousvetenä jo 1800-luvulta lähtien mm. Englannissa, Ranskassa, Saksassa, Ruotsissa ja Yhdysvalloissa. Suomessa tekopohjaveden käyttö alkoi yleistyä 1970-luvulla.
Vuonna 2012 Suomessa on 24 tekopohjavesilaitosta (allasimeytys, sadetus tai kaivoimeytys). Lisäksi on laitoksia, joissa pääosa tuotevedestä on järvestä rantaimeytynyttä, esimerkiksi Kuopiossa
Tekopohjaveden valmistus käsittää seuraavat vaiheet:
Suurimmassa osassa laitoksista ei ole lainkaan esikäsittelyä. Esikäsittely on tarpeellinen, mikäli veden kiintoaine tukkii liian nopeasti imeytyksen tai hapen kuluminen pohjavedessä on liian suurta.
Levien kasvu imeytyksen pinnalla voi myös tukkia haitallisessa määrin imeytystä. Tämän estämiseksi voidaan joutua vesi käsittelemään kemiallisesti fosforipitoisuuden vähentämiseksi.
Mekaanisia esikäsittelymenetelmiä ovat hiekkasuodatus ja mikrosiivilöinti. Näistä hiekkasuodatus on kalliimpi, mutta myös huomattavasti tehokkaampi menetelmä. Nämä menetelmät vähentävät vedestä myös leviä, mutta eivät estä levien kasvamista imeytyksen pinnalla.
Kemiallisessa esikäsittelyssä vedestä poistetaan kiintoaineen ja levien lisäksi myös orgaanista ainesta. Käsittelyprosessi on vastaavanlainen kuin tavanomaisissa pintavesilaitoksissa. Saostuskemikaalina käytetään joko rauta- tai alumiinisuoloja.
Veden imeytysmenetelmiä maaperään ovat allasimeytys, sadetusimeytys ja kaivoimeytys. Allasimeytyksessä vesi imeytetään hiekkapohjaisessa altaassa, josta läpi kulkenut vesi purkautuu pohjaveteen. Sadetusimeytyksessä vesi johdetaan rei’itettyjä putkia pitkin maan pinnalle, mistä se imeytyy maaperään. Kaivoimeytyksessä vesi johdetaan siiviläputkikaivoon tai rengaskaivoon, josta se imeytyy maaperään.
Imeytys täytyy mitoittaa raakaveden laadun perusteella. Mitä korkeampi kiintoainepitoisuus vedessä, sitä pienempi tulee imeytyksen pintakuorman (virtaama allas-m kohti) olla.
Allasimeytyksessä tukkivan kiintoaineen kertymä ennen altaan puhdistusta on noin 1 kg kiintoainetta/m . Mitoitusperusteena usein on kaksi puhdistusta vuodessa. Imeytysaltaita vaihdetaan tarvittaessa ja tukkeutunut allas puhdistetaan kuorimalla pinnasta tukkeutunut kerros tai haraamalla pinta rikki. Sadetusimeytyksessä sadetuskenttää vaihdetaan ajoittain pintamaan imeytyskyvyn palauttamiseksi ja alueen kasvillisuuden palauttamiseksi.
Sadetusimeytys myös tukkeutuu liiasta kiintoaineesta. Tästä syystä sadetusimeytyksen paikkaa vaihdetaan määräajoin. Imeytyksen keskeytyksen jälkeen pintamaan imeytyskyky vähitellen palautuu. Mineraaliaines (jokien savi) voi tukkia pinnan pitkäksi aikaa.
Kaivoimeytys on mahdollinen ainoastaan veden kiintoainepitoisuuden ollessa hyvin pieni (luontaisesti tai hiekkasuodatuksen jälkeen).
Imeytyksen jälkeen vesi kulkee ensin vajovesivyöhykkeessä (imeytyksen ja pohjaveden pinnan välinen alue). Tässä vaiheessa veden kiintoainetta poistuu sekä myös pieni määrä humusyhdisteitä. Sadetusimeytyksen jälkeen veden orgaanisen aineen määrä voi olla jopa hieman korkeampi kuin imeytettävässä vedessä maanpinnalta liukenevien humusyhdisteiden takia. Vajovesivyöhykkeessä vesi ilmastuu. Vedestä poistuu myös bakteereita.
Merkittävimmät laatumuutokset tapahtuvat vasta, kun vesi on saavuttanut pohjaveden. Pohjavesivyöhykkeessä suurimmat muutokset tapahtuvat kulkeutumismatkan alkupäässä. Puhdistumisen kannalta veden viipymä on havaittu tärkeimmäksi tekijäksi (kuva, ).
Tavanomainen veden viipymä pohjavedessä on 1 – 2 kuukautta. TEMU-projektiin osallistuneilla vesilaitoksilla tekopohjaveden virtausnopeudet olivat n. 0,9 – 2,9 m/vrk.
Tekopohjavedessä raakaveden sinilevät ja bakteerit poistuvat hyvin tehokkaasti. Virukset poistuvat selvästi hitaammin. Kuitenkin virusten kaltaiset bakteriofaagit poistuivat 19 vrk viipymällä hyvin tehokkaasti (poistuma yli 99,99999 %).
Humusaineet poistuvat osin hajoamalla biologisesti, osin pidättymällä maaperään. Tavallisesti biologisen hajoamisen osuus on 30 – 50 % (riippuu humusaineen laadusta). Biologisessa hajoamisessa humusaineet hajoavat hiilidioksidiksi kuluttaen vedestä happea ja tuottaen veteen hiilidioksidia.
Maaperästä pumpattavan tekopohjaveden laatuun vaikuttaa imeytykseen pumpatun veden laadun lisäksi maaperä (esim. kalkkipitoisuus), biologiset prosessit (hapen kuluminen, hiilidioksidin muodostuminen) sekä luontaisen pohjaveden laatu. Asianmukaisesti toteutettu tekopohjavesi (riittävä viipymä) tuottaa hygieenisesti erittäin hyvälaatuista vettä, jossa ei ole pintavedestä peräisin olevia haju- ja makuongelmia. Tekopohjavesi pitää desinfioida ennen vedenkäyttäjille johtamista UV-desinfioinnilla tai kloorauksella.
Tavallisesti tekopohjavedet kuten yleensäkin suomalaiset pohjavedet ovat happamia, mistä syystä useimmiten tarvitaan veden alkalointi (pH:n nosto, ks. vedenkäsittely). Tämä voidaan tehdä mm. kalkkikivisuodatuksella.
Tampereen seudulla on Roineesta lähteväksi suunnitellusta tekopohjavedestä huomautettu, että se on sittenkin pintavettä. Varsinais-Suomen Virttaankankaan luonnollisen pohjaveden on pelätty saastuvan ja koko alueen muuttuvan kosteaksi tekopohjavesihankkeen myötä. Hankkeen hintaa on myös arveltu korkeaksi, kun imeytysaltaita ja muuta tekniikkaa tarvitaan runsaasti. Vedessä on todettu myös arseenia. Åbo Akademin ympäristöteknologian dosentti Jarl Ahlbeck arvioi, että kemiallisesti puhdistettu pintavesi on käyttöön tulevana samanarvoista kuin tekopohjavesi. Tekopohjavettä on samasta syystä pidetty myös pelkästään imagokysymyksenä.