Ympäristötieteen alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa Kuopion kampuksella. Tilaisuutta voi seurata myös verkossa.
Mikä on väitöstutkimuksesi aihe? Miksi aihepiiriä on tärkeää tutkia?
Jätevettä muodostuu kaikkialla missä on ihmisiä. Haja-asutusalueilla, missä ei ole viemäriverkostoa, ihmisen tulee huolehtia itse jätevesien käsittelystä. Hiekkasuodattimet ovat halpa ja helppo vaihtoehto jätevesien käsittelyyn viemäriverkostojen ulkopuolisilla alueilla. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että pelkän hiekan käyttö suodattimessa ei välttämättä riitä poistamaan tärkeimpiä epäpuhtauksia.
Maasuodatusjärjestelmien toimivuudesta on kuitenkin saatavilla vain vähän tutkimustuloksia. Jätevesi voi myös aiheuttaa hygieniariskin, jos puutteellisesti käsitelty jätevesi joutuu kosketuksiin läheisten kaivojen tai virkistysvesien kanssa. Kiertotalouden näkökulmasta on lisäksi tärkeää selvittää käytöstä poistettujen suodatinmassojen mahdollisuudet ravinteiden uudelleenkäyttöön.
Tämän väitöstyön tarkoituksena oli tutkia todellisen mittakaavan hiekkasuodattimia ja niiden ravinteiden ja mikro-organismien poistotehoja, sekä verrata tuloksia valtioneuvoston asetuksessa (157/2017) asetettuihin käsittelyvaatimuksiin. Tutkituissa hiekkasuodattimissa ei ollut joko lainkaan tai niissä oli fosforia sitovia ainekerroksia, ja suodattimien ikä vaihteli. Pilotti- ja laboratoriomittakaavan kokeissa tutkittiin erityyppisten tehostettujen P-poistomateriaalien ravinteiden ja mikrobien poistotehoja erilaisissa jätevesi- ja fosforikuormituksissa. Työssä arvioitiin myös käytettyjen suodatinmassojen uudelleenkäyttöä niiden ravinnepitoisuuden ja hygieenisen laadun perusteella.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?
Tuloksissa havaittiin, että fosforinpoisto oli yleisesti ottaen riittävä, ja sekä hiekka- että biotiittisuodattimet täyttivät valtioneuvoston asetuksen 157/2017 vaatimuksen eli 70 prosentin vähennyksen. Todettiin kuitenkin, että poiston laajuus saattoi pienentyä suodattimen iän myötä, erityisesti pelkästään hiekasta koostuvien suodattimien osalta. Tehokkaimmaksi ratkaisuksi fosforin ja typen poistamiseksi jätevedestä todettiin suodatin, jossa on biotiittikerros. Näiden suodattimien mikrobien tai ravinteiden poistotehokkuus ei näyttänyt olevan riippuvainen vuodenajasta. Tuloksista kävi ilmi, että jäteveden hiekkasuodatus voi aiheuttaa hygieniariskin fosforia sitovien materiaalien kanssa tai ilman niitä, mutta tätä riskiä voidaan vähentää erillisellä fosforinpoistoyksiköllä, jolloin jäteveden mikrobipitoisuudet vähenevät merkittävästi.
Tutkimuksissa huomattiin, että suodattimen oikea suunnittelu on erityisen tärkeää. Suodattimet on mitoitettava oikein, jotta ne pystyvät selviytymään käyttäjien määrän kasvusta tai jäteveden määrän vaihteluista ilman, että käsittelyn tehokkuus kärsii. Suunnittelun ja mitoituksen tärkeys osoitettiin selvästi, kun tehtiin koe oikean mittakaavan modulaarisella suodattimella. Se oli rakennettu biotiittisuodattimen päälle moduulin mitoituksen mukaisesti, mutta biotiitti mitoitettu väärin, mikä saattoi johtaa siihen, että moduuli kyllästyi veteen biotiitin alhaisen läpäisevyyden vuoksi.
Tuloksissa korostui myös, että jäteveden ja fosforikuormituksen äkillinen tai hetkellinen muutos voi heikentää ravinteiden poistotehokkuutta hiekkasuodattimissa, joissa on fosforia sitovia materiaaleja. Näiden tutkimusten tulosten perusteella käytöstä poistetut suodatinmassat eivät näytä aiheuttavan hygieniariskiä, ja ravinteiden osalta ne näyttävät soveltuvan maaperän parantamiseen. Oikein mitoitettu ja hyvin suunniteltu maasuodatus osoittautui hyväksi ja tehokkaaksi ratkaisuksi kotitalouksien jätevesien käsittelyyn viemäriverkoston ulkopuolella.
Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?
Tämän tutkielman tulokset tarjoavat uutta ja tärkeää tietoa, jota voidaan käyttää tulevaisuudessa suunniteltaessa kylmään ilmastoon soveltuvia maaperän suodatusjärjestelmiä. Kun laboratorio-, pilot - ja todellisen mittakaavan hiekkasuodattimista kerätyt tiedot yhdistetään, saadaan laajempi kuva maaperän suodatustehokkuudesta.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?
Väitöstutkimus muodostui kolmesta tutkimus kokonaisuudesta/tutkimuksesta. Ensimmäisessä tutkittiin eri-ikäisten sekä P-adsorbenttia sisältävien ja ilman P-adsorbenttia olevien todellisen mittakaavan maaperäsuodattimien tehokkuus ravinteiden ja mikrobien poistamisessa yhden vuoden mittaisen tutkimuksen aikana. Toisessa tutkittiin kolmea erilaista pilottimittakaavan hiekkasuodatinta, joissa on tai ei ole fosfori-adsorbenttia, niiden mikrobiologisten ja ravinteiden poisto-ominaisuuksien tehokkuuden selvittämiseksi yhden vuoden aikana. Kolmannessa tutkittiin erilaisten P-adsorbenttien eli biotiitin, jätekipsin ja turpeen tehoa ravinteiden ja mikrobien poistamisessa laboratoriomittakaavan maasuodattimissa erilaisissa kuormitus oloissa. Lisäksi viimeisessä tutkimuksessa arvioitiin käytettyjen suodatinmassojen uudelleenkäyttöä niiden ravinnepitoisuuden ja hygieenisen laadun perusteella.
Liittyykö väitöstutkimukseesi jotain muuta keskeistä, josta haluat kertoa tiedotteessa?
Yleisinä suosituksina voidaan myös todeta, että olisi hyödyllistä dokumentoida suodattimen toiminta, mukaan lukien havainnot ilmeisistä toimintahäiriöistä, muutoksista käyttäjien määrässä ja muista visuaalisista havainnoista.
FM Kati Martikaisen ympäristötieteen alaan kuuluva väitöskirja Wastewater treatment in rural areas – Functionality of sand filters and suitability of filter media for reuse tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa, Kuopion kampuksella. Vastaväittäjänä toimii apulaisprofessori Anna Mikola, Aalto-yliopisto, ja kustoksena yliopistonlehtori, dosentti Eila Torvinen, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on suomi.
Lisätietoja:
Kati Martikainen, kati.a.martikainen@uef.fi
