Raudalla ja mangaanilla tukkeutuneiden kaivojen puhdistusmenetelmän käyttökokemukset Suomessa

Ongelma

Kun pohjaveden rauta ja mangaani saostuvat siiviläkaivon rakenteisiin ja kaivon ulkopuoliseen maaperään, laskee aikaisemmin hyvätuottoisena pidetyn kaivon tuotto asteittain ja lähes huomaamatta.

Samanaikaisesti kaivojen etenevä tukkeutuminen aiheuttaa kustannusten kasvua. Eräs merkittävä kuluerä on kaivopumpun lisääntynyt sähköenergian kulutus, kun saman vesimäärän tuottaminen aiheuttaa tukkeutuvassa kaivossa yhä suurenevan aleneman ja veden nostokorkeuden kasvun. Kun puhdistusmenetelmät eivät enää tehoa riittävästi, joudutaan harkitsemaan uusien kaivojen rakentamista − jotka nekin tukkeutuvat vuosien kuluessa. Uuden vedenottokaivon rakentaminen voi maksaa kokonaisuudessaan jopa 100 000 euroa, mikä on merkittävä kustannus monelle vesilaitokselle. Uusien kaivojen käyttöönottoon saatetaan tarvita myös uusi lupahakemus, mikäli vedenottolupa on myönnetty kaivokohtaisena.

Nykyisin kaivojen puhdistukseen käytetään mekaanista harjausta, vastavirtahuuhtelua, painepesua, hapotusta tai jotain näiden yhdistelmää. Puhdistuksen dokumentointi ja tulosten todentaminen on usein heikkoa tai sitä ei tehdä lainkaan, joten menetelmien tehosta tai toimivuudesta ei ole tarkkaa tietoa.

Menetelmä tutuksi

Kaivoelvytysmenetelmää ovat kehittäneet Saksassa toimitusjohtaja Päivi Puronpää-Shäfer cleanwells GbR:stä ja professori Christoph Treskatis Rein-Westfalenin Tekninen korkeakoulusta. He ovat kirjoittaneet aiheesta aiemmin myös Vesitalous-lehdessä (3/2013). Menetelmä on vakiinnuttanut asemansa kaivojen puhdistusmenetelmänä Saksassa ja sitä käytetään myös muualla maailmassa, joten lähtökohtaisesti oletimme menetelmän toimivan myös Suomessa.

Kaivoelvytyksen tavoitteena on saada kaivo jälleen tuottavaksi ja sen ominaisantoisuus kaivon rakentamisen aikaiselle, alkuperäiselle tasolle. Menetelmässä kaivot puhdistetaan ensin mekaanisesti siihen suunnitellun kiertovirtauslaitteiston avulla. Tämän jälkeen kaivo puhdistetaan kiertovirtauslaitteiston sekä kemiallisen elvytysaineen avulla. Elvytysaine aiheuttaa voimakkaan pelkistyneet olosuhteet kaivossa ja sen ympäristössä aikaansaaden rauta- ja mangaanisaostumien liukenemisen. Epäorgaanisen, pH-neutraalin reduktioaineen rauta- ja mangaanisaostumien liuotuskyvyn on todettu olevan huomattavasti parempi kuin esimerkiksi suolahapon (Vesitalous 2013/03). Kiertovirtauslaitteistolla pesu suoritetaan 1-2 metrin välein, jolloin virtaus saadaan kohdennettua tehokkaasti kerroksittain. Kuvassa 1 on nähtävissä kaivon rakenteisiin kiinnittynyttä saostumaa.

Menetelmän toimivuus todennetaan suorittamalla kaivon videokuvaus ja ominaisantoisuuspumppaus ennen toimenpiteitä, mekaanisen pesun jälkeen ja lopuksi vielä kemiallisen elvytyksen jälkeen.

Kemiallisen elvytyksen johdosta pohjaveden sähkönjohtavuus ja sulfiittipitoisuus nousevat hetkellisesti, ja huuhtelusta syntyvä vesi on johdettava joko viemäriin tai toimitettava säiliöautolla lähimpään viemäriin tai jätevedenpuhdistamolle. Veden laatua tarkkaillaan jatkuvasti huuhtelun aikana. Kun pitoisuudet ovat palanneet riittävän alhaiselle tasolle, voidaan huuhteluvesi johtaa maastoon.

Elvytysaineen käytöstä ja ominaisuuksista on annettu selvitys Uudenmaan ja Hämeen ELY-keskuksille. Käyttö ei edellytä ympäristösuojelulain tai vesilain mukaista lupaa, kunhan riittävästä tarkkailusta huolehditaan toimenpiteiden aikana.

Tulokset ovat lupaavia

Kaivoelvytysmenetelmää on testattu ja kehitetty Suomessa vuonna 2020 Pirkanmaan ELY-keskuksen rahoittamalla pilotilla yhdessä Maanrakennus Jokinen Oy:n kanssa. Pilottiin osallistui kolme vesilaitosta, joista mukana oli neljä tuotantokaivoa. Pilotin ulkopuolisissa hankkeissa mekaanisella kiertovirtauslaitteistolla on puhdistettu edellisten lisäksi useita kaivoja ja kemiallisesti yksi kaivo. Tulokset menetelmän käytöstä ovat lupaavia: Jo mekaanisella kiertovirtauspesulla on päästy hyviin tuloksiin. Kun siihen vielä yhdistettiin kemiallinen elvytys, ominaisantoisuus parantui lähtötilanteeseen nähden edelleen huomattavasti (taulukko 1 ja kuva 2) (AFRY Finland Oy, 2021).

Kaivon ominaisantoisuuden kasvu (elpyminen) on sitä suurempi mitä tukkeutuneempi kaivo on. Lievästi tukkeutunut kaivo elpyy pahoin tukkeutunutta vähemmän. Kohteessa, joissa oli tiedossa kaivon alkuperäinen ominaisantoisuus, päästiin lähelle kaivon rakentamisen aikaista antoisuutta.

Dokumentointi isossa roolissa

Kaivoelvytysmenetelmän keskeisiä työvaiheita ovat eri toimenpiteiden dokumentointi ja tulosten raportointi. Kaivot videokuvataan ja niihin tehdään ominaisantoisuuspumppaus ennen ja jälkeen elvytyksen. Tavoitteena on seurata kaivojen tuoton kehitystä puolen vuoden tai vuoden välein elvytyksen pidemmän aikavälin toimivuuden seuraamiseksi. Dokumentoinnilla varmistetaan tietojen säilyminen vesilaitoksella myös tulevaisuudessa, sillä informaatiota saattaa kadota esimerkiksi henkilökunnan vaihtuessa.

Tässä kuvatun menetelmän ja ns. perinteisten menetelmien tehon vertailu on hankalaa johtuen aiemman dokumentoinnin puutteista. Selkeä vertailu edellyttäisi mm. ominaisantoisuusmäärityksiä ennen ja jälkeen toimenpiteiden. Aiemmin niitä on tehty valitettavan harvoin, jos lainkaan.

Huomioitavaa vesilaitoksilla

Vesilaitoksella on huomioitava, että elvytettävä kaivo on pois käytöstä 1–2 vuorokautta. Lisäksi elvytettävän kaivon viereisten kaivojen tulee olla pois käytöstä kemiallisen elvytyksen aikana. Elvytyksen aikainen vedensaanti on siten varauduttava turvaamaan muualta saatavalla vedellä.

Kaivoelvytysmenetelmä soveltuu siiviläputkikaivojen pesuun. Joillakin vesilaitoksilla on kuitenkin vielä vanhoja puusiiviläkaivoja. Niiden elvytykseen menetelmä soveltuu siivilän heikomman rakenteen vuoksi huonosti.

Elvytys ei luonnollisesti paranna pohjaveden happitilannetta, joten rautaa ja mangaania liukenee entiseen tapaan pohjaveteen saostuen kaivorakenteisiin ja maaperään. Näin ollen on odotettavissa, että toimenpiteet joudutaan uusimaan kullekin kaivolle ominaisella aikavälillä. Menetelmän ollessa tehokas ja sen ulottuessa kauas siivilän ulkopuoliseen maaperään, kestää kemiallisen elvytyksen vaikutus pitkään. Kemiallisen elvytystarpeen aikavälin pidentyessä riittää niiden välillä kaivon elvytys mekaanisesti ilman elvytyskemikaalia.

Saatujen tulosten perusteella näemme kaivoelvytysmenetelmällä suurta potentiaalia vesilaitosten kaivojen elvytyksissä. Kaivokohtaisen, vedenlaadusta riippuvan elvytysvälin määrittämiseksi tullaan elvytyskohteissa tekemään jatkoseurantaa kuten ominaisantoisuuden määrityksiä.

Lähteet:

Treskatis, C. ja Puronpää-Shäfer, P., 2013. Siiviläputkikaivojen vanheneminen ja elvytys. Vesitalous 3/2013.

AFRY Finland Oy, 2021. Kaivoelvytyksen pilottihanke, loppuraportti.

Treskatis, C. ja Houben, G., 2007, Water Well Rehabilitation and Reconstruction. McGraw Hill, New York.

Artikkeli on julkaistu alun perin Vesitalouslehden numerossa 3/2021.