Porakaivon korroosio- Vaarallinen happikato

 

Porakaivon putkirakenne

Porakaivoissa on maapeitteen lävistävä maaporausputkitus. Putkituksessa esiintyy korroosioherkkä teräsrakenne (Rauta) ja nykyisin myös muovieriste. Eriste on teknisesti hankala eikä se ole korroosion estävä korroosionsuoja.

Ruostumaton teräs olisi hyvä materiaali, mutta sen käyttöönottoon uusporauksessa liittyy teknisiä ja taloudellisia ratkaistavia ongelmia.

Porakaivon metallinen korroosio

Sekoittuva, vaihtuvarajainen vesirajakorroosio tunnetaan hyvin tuhoisena korroosiotyyppinä. Korroosioetenemä voi nousta pisteessä jopa 0,5 mm/ vuosi. Tällöin seinämä puhkeaa suojaamattomaksi 10 vuodessa.

Hapenkulutus korroosiossa

Kuten tiedämme korroosio on hidasta palamista ja siinä kuluu happea. Veden marginaali happipitoisuus voi vaihdella vedessä happikadon ja kylläisen 10 mg/l välillä. Turvallisena happikylläisyyden rajapitoisuutena pidetään 50% eli 5 mg/l happikylläisyyttä.

Vaikutukset pohja- ja kaivovedelle

Koska reaktiivinen ja agressiivinen korroosio kaivo-olosuhteissa  on voimakasta ja käyttöolosuhteista riippuen, happikato voi muodostua rakenteen hapenkulutuksesta johtuen hyvin nopeasti. Pystyputkeen muodostuu suuri ilmastusero, jolloin korroosio on vesirajalla voimakasta ja jatkuvaa. Korroosio on suomenkaltaisten korkean pohjaveden porakaivo- ongelma.

Happi ja hapettavuus pohja- ja kaivovedelle on erittäin tärkeää, koska hapettavuus on veden laadun tae. Happi on siis avainparametri ja vaatimus veden vakaalle ja hyvälle laadulle.

Happikatovaurion tunnistus

Vesinäytteestä mittaamalla hapettomuus ja alentunut Eh- potentiaali. Kirkas metallinmakuinen vesi pumpattaessa ja muuntuu 1-2 vrk värivirheelliseksi ilmastuessaan avoastiassa. Usein liittyy myös sulfaatin muuntuminen sulfiitiksi jolloin vesi haisee. Veden käyttötilanteissa voimakasta mm. saniteettipinnoille kiinnittyvää värjäytymistä harmaasta punaisen ruskeaan.  

Happikadon määritys ei ole liitetty talousveden rutiinitutkimuksiin eikä valvontalausuntoihin?

 Suorat ja epäsuorat vaikutukset

Suorina päästöinä esiintyvät suojaputkirakenteesta muodostuva metalliset materiaalipäästöt veteen ja epäsuorina päästöinä muodostuu rakenneperäisen happikadon myötä maaperästä happikatovyöhykkeeltä mobilisoituvat maametallit.

Suorat metalliset päästöt muodostuvat materiaalin kemiallisen koostumuksen mukaisesti, jossa pääkomponentti on rauta (96 p%) ja sivukomponenttina seosmetallina käytetty mangaani (2 p%). Lisäksi hiiliteräs sisältää epäpuhtautena hivenmääriä raskasmetalleja, joiden lajitelma on suuri (20 kpl 2 p%) ja vaikutuksiltaan tuntematon. Eräiden tiedetään olevan hyvin myrkyllisiä jo miljardis- osapitoisuuksina.

Epäsuorat päästöt muodostuvat happikatovyöhykkeellä, jolloin luonnon hapettavissa olosuhteissa sitoutuneet raskasmetallit muuntuvat mobiileiksi. Mobiili metallilajitelma on suuri eikä niiden liukeneminen ole ennustettavissa. Edellytys mobiiliksi muuntumiseen on aineen esiintyminen useammalla hapetusasteella kuin yksi. Tällaisia metalleja ovat esim. rauta, mangaani, arseeni jne. Pelkistyneen ja happikatovyöhykkeen muodostumiseen vaikuttavat olennaisesti pohjavesikerrostuman vedenjohtavuus. Modilisoivia olosuhteita ovet hiekkaiset ja ruhjeiset pohjavesiympäristöt, jossa materiaaliperäinen ferrihydroksidi välivaihe pääsee vajoten, edelleen happea kuluttaen etenemään hitaasti laajenevasti vyöhykkeeksi. Päätyen oksidimuotoon ruosteeksi. Epäsuorat vaikutukset voivat estyä kokonaan vettä johtamattomassa ympäristössä esim. ehjään kallioon porattaessa ja saviympäristössä. Tällöin kaivon vedenantoisuus on alhainen jopa riittämätön.   

Ongelmien ennaltaehkäisevä ratkaisu

Ongelmien ratkaisussa ja vaaran ehkäisyssä tehokkain tapa on estää korroosio ennakolta. Tämä on mahdollista oikeaoppisella materiaalivalinnalla. Porakaivojen putkirakenne tulisi toteuttaa haponkestävällä ruostumattomalla teräsrakenteella. Materiaali ei tarvitse mitoittaessa korroosiovaraa. Tällainen materiaali on esim. EN 1.4404. 316L Ilman työputkea käytetään 4-5 mm vahvaa seinämää ja työputkella kevytrakenteessa seinämävahvuus on 1,75- 2 mm.   

Maanalaiset happikadon vaarat ovat tulossa keskusteluihin

Porakaivojen happitalous on jäänyt huomaamatta. Happitalous on nousemassa uutena rakennusteknisenä- ja myös ympäristöongelmana sekä terveysvaarana julkisuuteen.

Happikadon tutkimusta ja analytiikkaa tulee porakaivoissa järkeistää, jotta kestävä luonnonvaran käyttö on mahdollista. Kalliopohjavedessä ilman rakennekorroosiota ei esiinny luontaisena happikatoa, vaikka näin usein geokemiallisilla reaktiolla perustellaan.

Heinola 300919

Asko Vasarvuori
Porakaivojen korjauksen asiantuntija