Ferix-3 saostuskokeet Nuutajärven valuma-alueella 2012 ja 2013 - Närvänen, Aaro; Uusitalo, Risto (MTT, 2014)
Tässä raportissa kuvataan Nuutajärven alueella tehtyä koesarjaa, jossa kevätvalunnasta sidottiin veteen liuennutta fosforia kemikaalilisäyksen avulla. Ojavesien kemikaalikäsittelyn tarkoitus oli sitoa tämä leville välittömästi käyttökelpoinen liuennut fosfori sellaiseen muotoon, että fosforin käyttökelpoisuus levien näkökulmasta on vähäinen. Kemikaalin annostelu tehtiin käyttäen MTT:ssä kehitettyä annostelijaa, joka toimii ilman sähköä ja voidaan siten sijoittaa lähes minne tahansa. Keksinnön rakennusohjeet löytyvät tämän raportin liitteestä 3. Fosforinsitojana käytettiin rauta(III)sulfaattia (ferrisulfaatti), joka on yleisesti jätevedenpuhdistamoilla ja vesilaitoksilla käytettävä saostuskemikaali. Rautasulfaatti hajoaa vedessä rauta- ja sulfaatti-ioneiksi, ja rauta reagoi edelleen veden kanssa muodostaen pääasiassa rautahydroksideja. Rautahydroksideilla on voimakas taipumus pidättää liuennutta fosforia. Ferrisulfaattia annosteltiin keväällä 2012 kymmeneen ja seuraavana keväänä 11 Nuutajärveen laskevaan ojaan. Ojat, joihin kemikaalilisäykset tehtiin, valittiin aiemman kartoituksen perusteella. Ojien valuma-alueet vaihtelivat muutamasta aarista yli 100 hehtaarin aloihin ja siten niiden kautta kulki hyvin vaihtelevia määriä valumavettä, minkä lisäksi veden fosforipitoisuudet vaihtelivat laajalla skaalalla. Kokeiden teko ainoastaan kevätvalunnan aikana perusteltiin sillä, että kevätvalunta muodostaa useimmissa kohteissa suuren osan koko vuoden valunnasta. Ympärivuotinen annostelu olisi myös käynyt työlääksi järven suojeluyhdistykselle, joka hoiti annostelulaitteistojen täytön. Ensimmäisenä keväänä mitattu liuenneen fosforin poistoteho oli 44 % ja toisena keväänä se nousi 77 %:iin. Poistettuina fosforikiloina näiden tehojen arvioitiin vastaavan noin 9 ja 20 kg:n fosforimääriä. Käytettyä kemikaalikiloa kohden sidottu fosforin määrä oli 2-3 grammaa. Kemikaalikustannukseksi muutettuna rautaan sidottu fosforikilo tuli kaikkien kohteiden keskiarvona maksamaan noin 110-180 euroa. Yksittäisissä kohteissa fosforikilon sitomisen kustannus vaihteli alle 20 eurosta 460 euroon. Alhaisimmat kustannukset olivat kohteissa, joiden valuma-alue oli pieni ja liuenneen fosforin pitoisuus ojavedessä suuri. Ferrisulfaatin annostelu vaatii säännöllistä silmälläpitoa. Kemikaali paakkuuntui ajoittain, mikä johti annostelun keskeytymiseen. Toisaalta ojaan lumen ja jään vuoksi padottunut vesi aiheutti kemikaalin yliannostuksia, minkä seurauksena veden happamuus (pH) laski hyvin alhaiselle tasolle. Tutkimuksen johtopäätöksenä toteamme, että ferrisulfaattikäsittely on parhaimmillaan hyvin tehokas menetelmä liuenneen fosforin muuttamiseen leville huonosti käyttökelpoiseen muotoon. Kustannukset ja riskit haitallisista vaikutuksista vesistöihin (mm. hapan kuorma) voidaan pitää alhaisena, jos käsittelyyn otetaan vain sellaiset kohteet joissa liuenneen fosforin pitoisuus on korkea ja joissa käsittely voidaan toteuttaa lähellä kuormituksen alkulähdettä. Suurissa ojissa, joissa liuenneen fosforin pitoisuus on alhainen ja vesimäärä suuri, ferrisulfaatin annostelu on kuitenkin hyvin kallista.

In this report we describe a field test series in which phosphate (viz. dissolved phosphorus), that is the phosphorus form directly utilized by freshwater algae, was converted into a sparsely algal-available form by ferric sulphate application in ditch water during spring floods of 2012 and 2013. Administration of the chemical was arranged by using a dispenser developed by the first author at MTT Agrifood Research Finland. The invention runs without electricity and can thus be flexibly placed on a desired site. The chemical used, granular ferric sulphate, is widely used in wastewater treatment plants and waterworks as a stripping chemical. It is highly water-soluble and decomposes into Fe3+ and SO4 2- ions. In water, the iron will form hydroxides that have a high affinity towards phosphate. In 2012 the treatment was carried out at ten ditches and in 2013 at eleven ditches of variable sizes and catchments areas (0.2 to more than 100 ha) by lake Nuutajärvi, SW Finland. Dissolved P concentrations in ditch water at these sites varied between 0.02 and 1.4 mg/l. Because the spring flood during and right after snowmelt makes a major proportion of the annual flow and phosphate load, the treatment applied during some weeks in spring could make a difference in the algae-fuelling load to the lake Nuutajärvi. During the first spring the chemical application converted 44% of the dissolved P into iron-associated form, and the percentage rose to 77% during the following spring. These figures were assessed to correspond to about 9 and 20 kg of P masses. For a kilogram of chemical applied, about 2-3 grams of P was converted into a less algal-available form. Calculation to chemical costs yielded an average of EUR 110-180 for a converted kilogram of P, but the cost was highly variable, from less than EUR 20 to about 460, between the different sites. The lowest cost was associated with sites that had the highest dissolved P concentrations and small catchment areas. Application of ferric sulphate requires regular oversight. The chemical may clump in the dispenser in damp weather if there is no flow into a ditch. The following flow event does not necessarily dissolve these clumps, interrupting dosing as a result. Conversely, snow and ice may obstruct flow over the vnotch weir of the dispenser installation which may lead to high overdose as ferric sulphate continuously dissolves in dammed water. The result will be acidified water; the lowest pH reading in such an event was less than 3 during our tests. As a conclusion of this study, we found that treatment of ditch water with ferric sulphate is at best highly efficient and cost-effective mean of converting dissolved P into a sparsely algal-available form. The costs and risks (e.g., acidic load) can be minimized by only constructing the dispensers in ditches that have high dissolved phosphorus concentrations and small catchment areas, i.e., in small critical source areas. For larger streams with dilute phosphate concentrations the ferric sulphate method is a cost-prohibitive solution.
Keywords: Maatalous - yleistä, maatalousekonomia,maatalousneuvonta, maaseudun kehittäminen; rautasulfaatti; Ferix; vesienpuhdistus; kuormitusalueet; ferric sulphate; eutrophication; mitigation; critical source areas; phosphorus; fosfori; rehevöityminen