Vedenkäsittely
Vedenkäsittely on raakavetenä käytetyn pinta- tai pohjaveden puhdistamista haitallisista aineista ja mikrobeista juomakelpoiseksi ja valmistamista käyttöön soveltuvaksi. Vedenkäsittely tapahtuu vesilaitoksella ennen vesijohtoverkostoa. Teollisuuslaitoksissa voi olla tarpeen tehostaa vedenkäsittelyä ennen tuotantoprosesseja. Myös kuluttajan oman kaivon vedelle voi olla asennettuna pienimuotoinen vedenkäsittelylaite ennen vesihanaa.
Vedenkäsittelymenetelmään vaikuttaa raakaveden laatu ja tarvittava määrä. Pintavesi vaatii yleensä enemmän käsittelyä kuin pohjavesi. Raakaveden mukaan vesilaitokset jaetaan pohjavesilaitoksiin, pintavesilaitoksiin tai tekopohjavesilaitoksiin. Pohjavesi kelpaisi usein sellaisenaan talousvedeksi, kun veden laatua verrataan talousvedelle asetettuihin laatuvaatimuksiin ja -suosituksiin. Pohjavesikin vaatii kuitenkin yleensä käsittelyä, sillä pohjavesi on usein hapanta aiheuttaen verkostoon syövyttävyyttä ja raakaveteen voi kulkeutua esimerkiksi rankkasateiden seurauksena haitallisia mikrobeja. Pintavesiin päätyy lika-aineita ja haitallisia mikrobeja ympäristöstä sadevesien, valumavesien ja ilman mukana sekä ihmisen toiminnan seurauksena, joten pintavesi vaatii aina tehokkaan käsittelyn.
Vedenhankinnassa on jo 1900-luvun vaihteesta lähtien käyty keskustelua pohjavesien ja pintavesien hyödyntämisestä ja tekopohjaveden valmistamisesta. Suurimmat kaupungit päätyivät silloin käyttämään pintavettä raakavetenään. Sittemmin on siirrytty pohja- ja tekopohjaveden käyttöön.
Vuonna 2012 suomalaisen vesilaitoksen toimittamasta vedestä on 46 % pohjavettä, 19 % tekopohjavettä ja 35 % pintavettä.
Pohjavesilaitoksella on yleisimmin seuraavat vaiheet, joilla poistetaan raakavedestä veden happamuus, rauta ja mangaani sekä haitalliset mikrobit (ks. talousvesi):
Pienillä pohjavesilaitoksilla voi yksinkertaisimmillaan olla vedenkäsittelynä vain alkalointi ja desinfiointi tai desinfiointivalmius.
Suomessa käytetään raakavetenä myös pohjavesiä, jotka sisältävät lisäksi orgaanista ainesta tai haitallisia aineita kuten esimerkiksi radonia (radioaktiivinen kaasu), fluoridia, arseenia tai torjunta-aineita. Nämä epäpuhtaudet vaativat oman käsittelyvaiheen kuten fluoridin poistoon kalvosuodatus, jossa vesi puristetaan ohuen käänteisosmoosi- tai nanosuodatuskalvon läpi, tai torjunta-aineiden poistoon aktiivihiilisuodatus. Vesilaitoksien omilla nettisivuilla (esimerkiksi ) on yleensä kuvauksia vedenkäsittelyprosesseista.
Raakavesi otetaan yhdestä tai useammasta kaivosta. Kaivoja on erityyppisiä. Vesihuoltolaitoksilla yleisin kaivotyyppi on siiviläputkikaivo, yksityiset kaivot ovat yleensä kuilukaivoja tai kallioporakaivoja. Useammasta raakavesikaivosta otettu vesi yleensä yhdistetään ennen vedenkäsittelyä, joskus yksittäisellä kaivolla voi olla lisäkäsittely ennen yhdistämistä muihin raakavesiin.
Alkalointi nostaa veden pH-arvoa. Suomen pohjavedet ovat yleisesti happamia (pH alle 7), joten alkalointi on tarpeellista veden syövyttävyyden eli korroosion vähentämiseksi. Alkalointi voidaan tehdä ilmastamalla, kemikaalin lisäyksellä tai kalkkikivisuodatuksella. Sopivaan käsittelymenetelmään vaikuttaa raakaveden laatu. Ilmastamalla poistetaan vedestä happamuutta aiheuttava hiilidioksidi, jolloin pH nousee. Alkalointikemikaaleilla ja kalkkikivisuodatuksella puolestaan sidotaan hiilidioksidi veteen bikarbonaatiksi (=alkaliteetti). Käytössä olevia kemikaaleja ovat lipeä (natriumhydroksidi), sooda (natriumkarbonaatti) ja kalkki (kalsiumhydroksidi). Kalkkikivialkaloinnissa vesi suodattuu kalkkikivikerroksen (kalsiumkarbonaatti) läpi. Kalkkiveden käyttö ja kalkkikivisuodatus nostavat lisäksi veden kalsiumin määrää ja siten myös veden kovuutta.
Kalkkikivialkaloinnin käyttö on lisääntynyt 1990-luvulta lähtien. Menetelmä on helppokäyttöinen ja turvallinen. Lipeän käyttöön liittyy erityisesti kemikaalin syötön yliannostusriskejä, jolloin veden pH voi nousta liian korkeaksi. Tämän vuoksi on suuntauksena ollut lipeän käytöstä siirtyminen muihin alkalointimenetelmiin, jos se on veden laadun kannalta mahdollista.
Talousveden alkaliteetti ja kovuus täytyy olla sellaisella tasolla, ettei niistä aiheudu ongelmia verkostossa tai vesikalusteille. Tästä syystä ennen alkaloinnin toteuttamista on laskettava saatavan veden laatu raakaveden analyysitulosten perusteella. Esimerkiksi jos raakavesi on kovaa, kovuuden nostoa ei tarvita ja ilmastus on pH:n nostoon kalkkikivisuodatusta parempi vaihtoehto.
Vesijohtoveden pH-arvo säädetään esimerkiksi kalkkikivialkaloinnin avulla välille 7,0–8,5, jotta putkistomateriaalit eivät syöpyisi. Talousveden pH:n laatuvaatimus on 6,5–9,5. http://www.tsvesi.fi/palvelut/faq/
Suomessa on ennen paikoin lisätty fluoria juomaveteen mutta nykyään vesilaitokset suodattavat sitä pois. Mm. Irlannissa fluoria yhä lisätään. Suomessa ja EU:ssa fluoria saa olla korkeintaan 1,5 mg litrassa. Vesiasiantuntijan mukaan fluori on hyväksi pienissä pitoisuuksissa ja haitallista suurissa.
Pääkaupunkiseudulla veden fluoridipitoisuus oli alle 0,1 mg/l vuonna 2011,
Kokkolassa fluoridin pitoisuus kraanavedessä on nykyisin 0,5–0,7 mg/l.
Mikäli raakavesi sisältää rautaa ja mangaania, tarvitaan niiden poistamiseen oma käsittelyvaihe. Rauta ja mangaani aiheuttavat verkostoihin ja vesilaitteistoihin saostumia sekä talousveteen sameutta, hajua ja makua. Varsinaista terveyshaittaa niistä ei vedessä esiintyvissä pitoisuuksissa ole. Rautaa ja mangaania poistetaan yleensä saostamalla ja suodattamalla hiekkakerroksen läpi. Saostaminen voi tapahtua hapettamalla joko ilmastamalla tai hapetuskemikaalilla, tai biologisesti bakteereilla. Soveltuvia hapetuskemikaaleja ovat kaliumpermanganaatti (yleisin), vetyperoksidi, otsoni ja kloori.
Raakavedessä rauta ja mangaani ovat värittömiä ja vesiliukoisia. Saostuksessa rauta hapettuu kahdenarvoisesta kolmenarvoiseen muotoon ja muuttuu samalla ruskean väriseksi kiinteäksi sakaksi. Mangaani hapettuu kahdenarvoisesta neljän arvoiseen muotoon muodostaen mustaa sakkaa. Muodostuneet sakat poistetaan yleensä hiekkasuodattimella.
Ks. Veden desinfiointi –kappale alla.
Pintavesilaitoksella on yleisimmin seuraavat vaiheet, joilla poistetaan raakavedestä humus (orgaaninen aines), kiintoaine, levät sekä haitalliset mikrobit:
Vesilaitoksien omilla nettisivuilla (esimerkiksi ) on yleensä kuvauksia vedenkäsittelyprosesseista.
Raakavesi otetaan järvestä tai joesta. Järviveden laatu on tasaisempi ja yleensä parempi kuin jokiveden. Ennen raakaveden johtamista käsiteltäväksi, vedestä poistetaan karkea aines välppäyksellä ja siivilöinnillä.
Humuksen ja kiintoaineen saostuminen alkaa, kun pintaveteen lisätään saostuskemikaalia (yleensä ferrisulfaatti, joskus alumiinisulfaatti tai polyalumiinikloridi) ja sekoitetaan nopeasti. Samaan aikaan veteen annostellaan alkalointikemikaalia nostamaan veden pH-arvoa saostuksen kannalta optimiin, sillä hapan saostuskemikaali laskee veden pH-arvoa. Suurilla vesilaitoksilla käytetään kalkkia, pienillä laitoksilla soodaa tai lipeää. Joskus raakavedessä voi olla niin suuri alkaliteetti, että pH-arvoa tulee laskea hapon (rikkihapon) annostuksella pH:n optimiarvoon. Ferrisulfaattilla saostuksen optimi-pH on noin 5,0 ja alumiinipohjaisilla kemikaaleilla noin 6,0.
Alkukemikaalien pikasekoituksen jälkeen muodostuneen hienojakoisen sakan kokoa kasvatetaan hämmentämällä vettä hitaasti hämmennysaltaissa, jolloin veteen muodostuu hiutaleita (flokkia). Viipymä hämmennyksessä on yleensä 30 – 45 minuuttia.
Selkeytyksessä erotetaan hiutaleet vedestä laskeuttamalla altaan pohjalle tai nostamalla ilmakuplilla veden pinnalle (flotaatio). Suomessa flotaatio on tavallisin lietteenerotustapa. Se sopii erityisen hyvin kevyen humusta ja levää sisältävien lietteiden erotukseen. Jonkin verran pienempään allaskokoon päästään lamelliselkeytyksellä.
Selkeytynyt vesi suodatetaan hiekkakerroksen läpi, jolloin poistuu selkeytysvaiheesta jääneet kiintoainejäämät. Ennen hiekkasuodatusta voi olla välialkalointi hiekkasuodatuksen tehostamiseksi. Tässä vaiheessa voi olla myös esimerkiksi mangaanin hapetus (kaliumpermanganaatin, klooridioksidin annostelu).
Jälkialkaloinnissa veden pH nostetaan tasolle, joka estää korroosiota verkostossa. Lähes kaikilla Suomen pintavesilaitoksilla käytetään myös hiilidioksidin annostusta veden alkaliteetin nostamiseksi sopivalle tasolle (n. 0,65–0,8 mmol/l).
Levät aiheuttavat veteen hajua ja makua. Näiden poistamiseksi lähes aina joudutaan tekemään lisäkäsittelyä. Hajun ja maun parantamiseen käytettyjä vaihtoehtoja ovat: otsonointi, aktiivihiilisuodatus tai aktiivihiilijauheen annostelu, klooridioksidin annostelu ja hidassuodatus.
Ks. Veden desinfiointi –kappale alla.
Tavanomaisen pintavesilaitoksen sijaan voidaan, erityisesti hyvälaatuisille pintavesille käyttää kontaktisuodatusta. Siinä alkukemikaalien ja saostuskemikaalin syötön jälkeen vesi johdetaan suoraan kontaktisuodattimelle. Kontaktisuodattimet ovat hiekkasuodattimia tai suodattimia, joissa suodatinpatja on kaksikerroksinen esimerkiksi hiekkakerros ja antrasiittihiekkakerros. Erillistä selkeytystä ei tarvita.
Perinteisen pintavesilaitosprosessin vaihtoehto on tekopohjaveden valmistus.
Desinfioinnilla poistetaan vedestä tautia aiheuttavat mikrobit. Veden desinfioinnin tarkoituksena on joko varmistaa verkostoon menevän veden hygieenisyys (primääridesinfiointi) tai/ja turvata veden hygieenisyys verkostossa.
Pohjavesilaitoksilla suurin terveydellinen riskitekijä on likaantuneen pintaveden (sadevesi, tulva) tai jäteveden pääsy raakavesikaivoon. Mikäli laitoksella ei ole desinfiointia, havaitaan raakaveden saastuminen usein vasta vedenkäyttäjien sairastumisena. Pienillä vedenottamoilla (alle 500 käyttäjää) on esiintynyt eniten vesiepidemioita vuosina 1998-2011.
Desinfiointiin käytetään klooria, UV-säteilytystä, klooridioksidia tai otsonia. Tavallisesti klooraukseen käytetään natriumhypokloriittia. Kloorikaasun käyttö desinfioinnissa on vähentynyt sen käyttöön liittyvien työturvallisuusriskien vuoksi.
UV-säteilytystä käytetään yleisesti verkostoon johdettavan veden hygieenisyyden varmistamiseen. UV-laitteessa vesi virtaa yhden tai useamman UV-lampun ohi, jolloin veden bakteerit ja virukset tuhoutuvat. Säteilyn aallonpituus UVC alueella (245-285 nm) vahingoittaa tehokkaasti mikrobien DNA:ta. Lamppuina käytetään joko matalapainelamppuja tai keskipainelamppuja. UV-säteilyn teho ei kuitenkaan vaikuta verkostossa oleviin mikrobeihin. UV-laite on helppohoitoinen. Huoltotoimenpiteenä täytyy huolehtia UV-lamppujen riittävästä säteilytehosta vaihtamalla lamppuja määrävälein.
Verkostoveden hygieenisyyttä varmistetaan joko kloorilla tai klooriamiinilla. Klooriamiinia saadaan syntymään annostelemalla hypokloriitin tai kloorin ohessa ammoniumkloridia tai ammoniakkia. Kloramiinin desinfiointiteho on klooria parempi verkostossa.
Klooriliuosta voidaan myös valmistaa ruokasuolasta sähkövirralla. Suomessa tämä on vesilaitoskäyttöön harvinaista. Se on yleinen alueilla, joilla kloorikemikaalien maantiekuljetukset ovat kiellettyjä.