Salaojavesien veden laadun seuranta jatkuvatoimisten mittalaitteiden avulla

RE-maatila |

Kaija Karhunen, Joni Kosamo ja Ronja Kuorikoski,  Oulun ammattikorkeakoulu

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää säätösalaojakaivoihin asennettujen jatkuvatoimisten mittalaitteiden soveltuvuus veden laadun muutosten seuraamiseen säätösalaojitetulla peltolohkolla. Mitattavat parametrit olivat veden pH, lämpötila, johtokyky, kiintoaine, sameus sekä nitraatti- ja ammoniumtyppi. Pääasiallinen mittausjakso oli 16.6. – 31.9.2016.

Mittauslaitteet sijoitettiin kahteen säätösalaojakaivoon Oulun seudun ammattiopiston (OSAO) Muhoksen yksikön opetusmaatilalla. ”Pohjoinen kaivo ”(kaivo1) kokoaa 10,56 ha:n lohkolta tulevat valumavedet ja ”Eteläinen kaivo” (kaivo2) kokoaa 8,93 ha:n lohkolta tulevat valumavedet. Koko alueelle on asennettu säätösalaojitus syksyllä 2015 (KUVIO 1). Viljelykasveina alueella olivat ohra (kaivon 1 ympäristö) ja laidun (kaivon 2 ympäristö). Maalaji koko alueella on KHt.


KUVIO 1. Tutkimuslohkojen ja säätösalaojakaivojen sijainti OSAO:n Muhoksen yksikön peltolohkoilla.

Automaattisten vedenlaadun mittausjärjestelmien kokoonpanot

Kohteessa on käytetty kahta automaattista vedenlaadun mittausjärjestelmää. ”OAMK2” –mittausjärjestelmä (= eteläinen kaivo, kaivo2) koostuu anturimoduulista, neljästä anturista, kahdesta akusta, dataloggerista, regulaattorista ja aurinkopaneelista (KUVIO 2).  Automaattisen vedenlaadun mittausjärjestelmän mittaamat parametrit eteläisellä kaivolla ovat veden pH, lämpötila, sähkönjohtavuus eli johtokyky, sameus sekä kiintoaine.Automaattisten vedenlaadun mittausjärjestelmien kokoonpanot


KUVIO 2. ”Eteläisen kaivon” mittausanturit.

”OAMK (LABRAKÄYTÖSSÄ)” –mittausjärjestelmä (pohjoinen kaivo, kaivo1) koostuu anturimoduulista, neljästä anturista, kahdesta akusta, dataloggerista ja aurinkopaneelista (KUVIO 3 ja 4). Automaattisen vedenlaadun mittausjärjestelmän mittaamat parametrit pohjoisella kaivolla ovat veden pH, lämpötila, johtokyky, sameus ja ammonium-ja nitraattityppi (samassa anturissa molemmat).

Anturimoduulin, näyttömoduulin ja anturit on valmistanut Hach Lange ja toimittanut Hyxo Oy. Dataloggerin, suojakotelot, datapalvelun sekä virtalähteet on toimittanut EHP- tekniikka Ltd.


KUVIO 3. Mittausantureiden asennus ”pohjoiseen kaivoon” kesäkuussa 2016.

KUVIO 4. ”Pohjoisen kaivon” mittausjärjestelmä.EHP-tekniikka Ltd:n tuottaman datapalvelun kautta voidaan seurata mittaustuloksia esimerkiksi päivittäin tai viikoittain. Palvelusta näkee myös akkujen virtamäärät. Jos akkujen virtamäärät menevät liian alas (alle 12 V), palvelusta tulee hälytys puhelimeen tai sähköpostiin, jolloin asia pystytään korjaamaan. Palvelun kautta voidaan myös muokata mittaustiheyttä. Lisäksi datapalvelussa voidaan syöttää raja-arvot tuloksille.

Vesinäytteiden otto ja laboratorioanalyysit

Huoltokäyntien yhteydessä otettiin kaivoista manuaalisesti vertailunäytteet, jotka analysoitiin OSAO:n Muhoksen yksikön tiloissa Oulun ammattikorkeakoulun (Oamk) kemian laboratorioiden laitteilla. Mittausjakson aikana muutaman viikon välein tehtyjä analyysejä olivat pH:n ja johtokyvyn sekä sameuden mittaaminen vesinäytteestä. Näytteet otettiin pestyihin muovipulloihin ja analysoitiin mahdollisimman pian.

Suorittamalla laboratoriomittauksia voitiin seurata automaattisten antureiden tulosten oikeellisuutta. Oamkin laboratorion tuloksia verrattiin Ahmat ympäristö Oy:n ympäristölaboratorion tuloksiin mittausjakson alussa ja lopussa. Lisäksi 19.9. otetuista näytteistä analysoitiin Oamkin kemian laboratorioissa ammonium- ja nitraattityppi opiskelijoiden kemian kurssilla.

Automaattisten vedenlaadun mittausjärjestelmän anturien huolto

Mittausjärjestelmän automaattiantureiden huolto suoritettiin keskimäärin pari kertaa kuukaudessa mittausjakson aikana. Käytännön huoltotoimenpiteisiin kuuluivat antureiden puhdistus, niiden toiminnan tarkkailu näyttömoduulin kautta, sekä mahdollinen kalibrointi. Pohjoisen kaivon antureista vain pH- ja johtokykyanturia sekä sameusanturia pystyttiin huoltamaan, mutta ammonium- ja nitraattityppianturia ei huollettu kertaakaan kesän aikana. Huolto päätettiin olla tekemättä laitevalmistajan anturin toimintaperiaatteen vuoksi, koska valmistajan ja EHP Ltd:n käyttökokemusten perusteella anturi ei tarvitse juurikaan huoltoa mittauksien aikana.

Antureiden puhdistus suoritettiin nostamalla ne ensin vedestä ylös, minkä jälkeen niiden mittauspäät puhdistettiin kevyesti pehmeällä siveltimellä ja laimennetulla kloriitilla. Antureiden varret pyyhittiin pehmeällä liinalla.

Huoltoväli oli hieman liian pitkä kohteessa ja osa antureista pääsi likaantumaan liian paljon, jolloin tuloksissa oli havaittavissa selkeästi ”ryömintää”. Lisäksi havaittiin varsinkin sameus- ja kiintoaineantureissa mittaustulosten menevän useinkin maksimitasolle, jolloin laite ei mittaa luotettavasti tuloksia.

Esimerkkejä tuloksista ja niiden tarkastelua. Mittaustulosten vertailu

Veden laadun mittaustuloksia saatiin mittausjakson aikana kesällä 2016 jatkuvatoimisilla automaattisilla vedenlaadun mittauslaitteistolla sekä laboratorioanalyyseilla. Tuloksista on piirretty seuranta-jakson ajalta 16.6. – 31.9. kuviot graafeina, joissa näkyy sinisellä mittausaseman antama tulos. Punaisella merkitty tulos vastaa laboratorioanalyysien tulosta. Joissakin kuvioissa punainen viiva on vedetty mittausajankohdasta toiseen osoittamaan trendin kehitystä. Lisäksi kuvaajissa on punaiseen laatikkoon merkitty sinisellä mittausaseman tulos, vihreällä Ahmat Ympäristö Oy:n tulos sekä Oamkin laboratorion tulos punaisella. Taulukon yläreunassa lukee, joko Oamk (”labrakäytössä”) –merkintä, mikä tarkoittaa pohjoista kaivoa (kaivo 1) ja merkintä OAMK2 tarkoittaa eteläistä kaivoa (kaivo 2).

Vertailumittauksia ja puhdistuksia tehtiin seuraavissa ajankohdissa: 6.7., 29.7., 16.-17.8., 23.-24.8., 7.9. sekä 19.9. Kuvaajissa nämä ajankohdat on merkitty punaisin nuolin ja tulokset niiden vieressä punaisella kehyksellä olevassa laatikossa. Antureiden tulos on kyseisen päivän keskiarvotulos (poikkeamat huomioitu ja tarvittaessa poistettu).

Esimerkkeinä tulosten graafisista esityksistä seuraavassa on veden pH-arvon sekä ammonium- ja nitraattitypen -mittaustulokset pohjoisella kaivolla. Kaikki mittaustulokset ja niiden tarkastelu julkaistaan myöhemmin.

Kuviossa 5 nähdään huoltopuhdistusten jälkeen pH -tulosten tason muuttuvan kahdessa ensimmäisessä ja kahdessa viimeisessä puhdistushuoltokohdassa, mutta keskivälissä mittausjaksoa ei tätä havaita. Tulokset ovat kaikilta osin hyviä anturin tulosten osalta. Keskivälillä mittausjaksoa mittauksissa on iso ero. Eroa ei ole vertailumittaustuloksissa eikä antureiden tuloksissa juurikaan vertailumittauksiin nähden.


KUVIO 5. pH-tulokset pohjoiselta kaivolta.

Ammoniumtypen osalta vertailumittaukset ovat keskenään lähes samoja (KUVIO 6). Ahmat ympäristö Oy:n kokonaistyppitulos on sama kuin ammoniumin, jolloin voidaan päätellä, että vedessä ei ole juurikaan nitraattia eli ollaan lähellä nollatasoa, niin kuin graafista nähdään. Anturin tulos hieman poikkeaa, mutta ei paljon. Yhden vertailumittauksen perusteella ei voi vahvistaa automaattimittauksen toimivuutta.

Anturi on aloittanut mittaukset vasta 26.7. ja anturin mittapää oli uusi, vasta hankittu. EHP  ja laitevalmistaja ohjeistivat, että anturi on huoltovapaa ja toimii pitkänkin ajan ilman puhdistustarpeita. Lisäksi anturi olisi ollut hankala irrottaa kaivon seinämästä. Siksi anturia ei huoltopuhdistettu kertaakaan kesän aikana.

KUVIO 6. Ammonium- ja nitraattitypen tulokset pohjoiselta kaivolta.

Johtopäätökset

Automaattisten vedenlaadun mittausjärjestelmien toimintakuntoa seurattiin kesällä 2016 OSAO:n Muhoksen yksikön opetusmaatilalla. Lisäksi toteutettiin säätösalaojakaivoissa olevien mittausantureiden huoltotoimenpiteitä ja vertailumittauksia analysoimalla vesinäytteitä laboratoriossa. Mittausjaksolla saatiin runsaasti kokemusta jatkuvatoimisen mittausjärjestelmän toimintaan vaikuttavista tekijöistä, mittaustiedon käsittelystä sekä huolto- ja seurantatarpeista uudessa, vaativassa kohteessa.

Tuloksissa havaittiin paljon poikkeavuuksia vertailumittauksiin nähden ja selvää ”ryömintää” sekä joidenkin mittausten osalta soveltumattomuutta kohteeseen.

Ammonium- ja nitraattityppianturi saatiin toimintaan mittausjakson puolivälissä. Tuolta ajalta tehtiin vain yksi vertailumittaus ja sen tulos ammoniumin osalta oli hyvä. Nitraattitypen osaltakin tulos vaikutti olevan sitä, mitä voitiin vertailumittauksesta päätellä. Vertailumittausten vähäisyyden vuoksi ei voida olla kuitenkaan täysin varmoja anturin mittausjakson tuloksista. Vaikuttaa siltä, että mittari ei juurikaan tarvitse puhdistushuoltoa ja se saattaisi toimia hyvin tässä kohteessa.

pH-tuloksissa on havaittavissa selvää ”ryömintää” puhdistuskertojen välissä. Ryömintä alkaa välittömästi ja noin kahden viikonkin puhdistusväli on liian pitkä. Lyhyemmällä puhdistusvälillä ryömintää voitaisiin hallita paremmin. Tulokset olivat molemmissa kaivoissa pH:n osalta kuitenkin kohtuullisella tasolla, joitakin lyhyitä ajankohtia lukuun ottamatta vertailumittauksiin nähden.

Johtokykytulokset vaihtelivat vertailumittauksiin nähden välillä huomattavastikin. Tulokset eivät ole tarkkoja oikeastaan missään kohdassa mittausjaksoa paitsi eteläisen kaivon mittausjakson aloituspäivänä. Jokin tekijä tai tekijät ilmeisesti häiritsevät johtokykymittausta huomattavasti kaivossa. Voisiko johtokykymittauksia häiritä esimerkiksi kaivon pieni koko ja toisten antureiden läheisyys?

Sameuden ja kiintoaineen osalta vaikuttaa siltä, että kohteessa on häiriötekijöitä, jotka vaikuttavat paljon antureiden toimintaan. Puhdistustarpeen lisääminenkään ei selittänyt tulosten poikkeavuutta. Tulokset eivät vertailumittausten ja havaintojen perusteella olleet luotettavia. Sameuden ja kiintoaineen osalta antureiden mittaustekniikka perustuu erilaiseen menetelmään kuin laboratoriossa käytetyt vertailumenetelmät (viralliset referenssimenetelmät). Tämä tuo omat haasteensa tulosten oikeellisuuden tulkintaan.

Mittausanturit olivat säätösalaojakaivoissa, jotka oli rakennettu edellisenä syksynä. Kaivojen vedenpinnan säätely aiheutti opetusmaatilalle uusia haasteita, koska säätösalaojitus ja säätökaivot olivat siis toiminnassa vasta ensimmäistä kesää. Vedenpinnan korkeuden vaihtelut sekä maaperän ja veden huomattava rautapitoisuus saattoivat osaltaan häiritä mittausantureiden toimintaa. Monista haasteista huolimatta automaattisella mittaustoiminnalla on mahdollista saada käyttökelposta tietoa veden laadusta ja siinä tapahtuvista muutoksista, ja siten mittaustoiminnan kehittämistä kannattaa jatkaa.

 
 
DMS