Puhdistetun jäteveden sekoittumisvyöhykkeen määritys Kotkan Mussalon jätevedenpuhdistamon purkuputken ympäristössä

Tämä opinnäytetyö tehtiin Kymijoen vesi ja ympäristö Ry:lle Kymen Vesi Oy:n tilauksesta. Työn tavoitteena oli selvittää Kotkan Mussalon jätevedenpuhdistamolta lasketun jäteveden sekoittumisvyöhyke purkuputken ympäristössä. Mussalon jätevedenpuhdistamon keskimääräinen vuotuinen ravinnekuormitus Suomenlahteen on noin 1,5 % läheisen Kymijoen kuormituksesta. Tietoja on tarkoitus hyödyntää Kymen Veden ympäristöluvan uusinnassa vuonna 2014. Sekoittumisvyöhyke selvitettiin S::CAN Spectro::lyser UV-VIS-kenttämittalaitteella mitattujen nitraattityppipitoisuuksien (NO3ˉ) perusteella. Mittaukset suoritettiin kahtena ajankohtana: alkusyksystä lämpimän veden aikana ja alkutalvesta kylmän veden aikana. Joki- ja meriveden sekoittuminen mallinnettiin nitraattitypen ja liukoisen orgaanisen hiilen (DOC) korrelaation perusteella. Näin laskettiin alueelle ominainen nitraattitypen taustapitoisuus, jonka vertaaminen mitattuihin NO3ˉ-pitoisuuksiin mahdollisti jäteveden havaitsemisen. Tulosten perusteella luotiin interpoloimalla kuvia, joissa jäteveden aiheuttamat kohonneet nitraattityppipitoisuudet olivat visuaalisesti tarkasteltavissa. Interpoloimalla tehtyjen kuvien perusteella määriteltiin jäteveden sekoittumisvyöhykkeeksi noin 200–300 metrin säteinen alue purkuputken ympärillä. Tämän sekoittumisvyöhykkeen todettiin muuttuvan jatkuvasti meriveden kerrostuneisuuden ja virtausten mukaan. Jäteveden asettuminen syvyyssuunnassa riippui sen tiheydestä suhteessa vastaanottavan meriveden lämpötila- ja suolakerrostuneisuuteen. Toisella mittauskerralla sekoittumisvyöhykettä ei täysin onnistuttu kartoittamaan, sillä vaikeasti ennustettaviksi osoittautuneen virtausolosuhteet johtivat jäteveden kulkeutumiseen osittain tutkitun alueen ulkopuolelle. Jokiveteen verrattuna jäteveden ravinteista selvästi suurempi osa on biologisesti helposti hyödynnettävässä epäorgaanisessa muodossa, omaten täten suuremman rehevöittämispotentiaalin. Jäteveden sekoittumisvyöhykkeen pienuus ja matalat nitraattipitoisuudet kuitenkin antavat viitteen siihen, että suurempia rehevöittäviä vaikutuksia ei ole odotettavissa. Ympäristötekijöiden huomattavan vaikutuksen vuoksi sekoittumisvyöhykkeen suuntaan ja syvyyteen, tulisi alueella tehdä lisätutkimuksia useampana ajankohtana mahdollisimman erilaisissa olosuhteissa, jotta saataisiin parempi käsitys jäteveden käyttäytymisestä purkualueella.This Bachelor’s Thesis was made for Kymijoen vesi ja ympäristö Ry by order of Kymen Vesi Oy. The objective was to determine the mixing zone of treated wastewater around the discharge pipe of Kotka’s Mussalo wastewater treatment plant. Nutrient input into the Gulf of Finland from the Mussalo wastewater treatment facility totals about 1.5 % of the load carried by the nearby Kymi river. This information is to be used in the renewal of Kymen Vesi Oy’s environmental permit in 2014. The mixing zone was determined by measurements made with an S::CAN Spectro::lyser sonde, based on the concentrations of nitrate nitrogen (NO3ˉ). The measurements were carried out at two separate times: in early autumn when the waters were warm and in early winter when they were cold. The mixing of river and sea water was modeled based on the correlation of nitrate nitrogen and dissolved organic carbon (DOC). This enabled calculating the characteristic background levels of nitrogen nitrate in the area, which was compared to the measured values, allowing the detection of the treated wastewater. Based on the results, images were created via interpolation, which allowed the elevated nitrate nitrogen levels caused by the wastewater to be controlled visually. Based on these images the mixing zone around the wastewater discharge pipe was determined to have a radius of about 200 – 300 meters. It was noticed that this mixing zone was constantly changing depending on the stratification of the sea water, as well as the currents. The depth in which the wastewater settled was determined by its density in relation to the temperature and salinity stratification of the receiving sea water. During the second measuring campaign the mixing zone could not be mapped completely because the currents which were difficult to predict caused the wastewater plume to migrate partly outside the study area. A larger percentage of the nutrients in treated wastewater was bioavailable compared to river water thus having a greater eutrophication potential. However the small size and low nitrate concentrations of the mixing zone indicate that major eutrophic effects are not to be expected. Because environmental conditions have such a great impact on the spatial extension and depth distribution of the mixing zone of the treated wastewater, further studies in the area in different environmental conditions would be necessary for a better understanding of wastewater behavior