Putkikaivon rakenteen simulointi yksilöi Bangladeshin arseeniongelman syyt

Tausta

Arseenipitoisiin sedimentteihin rakennettujen putkikaivojen vesi on todettu alueittain arseenipitoiseksi.  Erityisen haitallinen tilanne on muodostunut kymmenessä Himalajan ympärysvaltiossa, joissa putkikaivojen osuus vesihuollossa on erityisen suuri. Bangladesh on ongelman suhteen valtioista pahin, koska se sijaitsee kokonaisuudessaan kilometrien paksuisen ja arseenipitoisen suistosedimentin päällä, josta vettä nostetaan putkikaivojen käsipumpuilla.

Kyseisellä alueella alkoi 1990 luvulla esiintymään enenevästi erilaisia iho ja muita syöpäsairauksia. Aikaisemmin ko. sairauksia ei ole esiintynyt. Eräs intialainen professori teki havainnon, että sairastuminen johtuu putkikaivojen veden ylisuurista arseenipitoisuuksista. Häntä ei aluksi uskottu. Nykyisin hänen tekemästään päättelystään ei ole mitään epäilystä. Alueella, maailmanpankin ja UNICEF:in rahoittamista  käsikäyttöisistä putkikaivoista, saadussa vedessä todellakin on tappavan vaarallisia määriä arseenia. Arseenipitoisen vedenkäytön ja kuolemien välillä on tutkimuksin osoitettu voimakas ja kiistaton positiivinen riippuvuus.

Bangladeshissa on tilastoitu arseenipitoisuuden hylkäysrajan ylittäviä putkikaivoja noin 30% ja ne ovat maalattu punaiseksi vaaran ja käyttökiellon merkiksi.

Maailman terveysjärjestö on määritellyt arseenipitoisen putkikaivojen veden syyksi kaikkien aikojen suurimpaan massamyrkytykseen. Jopa 100 miljoonan ihmisen henki on vaarassa. Ympäristö- ja kansalaisjärjestöille on uskoteltu tutkimatta myrkytyksen aiheuttajaksi luontaiset geokemialliset prosessit.

Arseenipitoisuuden alkuperäksi on kaksi mahdollisuutta eli kulttuuriperäinen tai ei kulttuuriperäinen. Ei ole tavanomaista, että luonto itse olisi myrkyttänyt pohjavettä systemaattisesti, vaan päinvastoin luontaista pohjavettä pidetään maailmanlaajuisesti funktionaalisena ja tavoiteltavana ravitsemuksessamme. 

Onko myrkytyksen alkuperä luontaista vai ihmisen aiheuttamaa, ei ole kyetty tieteellisillä tutkimuksilla yksilöimään. On vain olettamuksia luontaisuudesta. Olettamuksia siitä, mitkä tekijät mahdollisesti aiheuttavat pohjavesikerrostuman pelkistymistä, joka laukaisee sedimenttiin sitoutuneen arsenaatin arseniitiksi, aiheuttaen kaivovesiin tappavan korkean arseenipitoisuuden. Mahdollisiksi hapen kuluttajiksi ja pelkistäjiksi on esitetty luontaista orgaanista ainesta. Kulttuuriperäistä putkikaivojen hiiliteräsrakenteen happea kuluttavaa, pelkistävää vaikututusta ja tuhoisuutta ei ole ymmärretty eikä huomioitu. Ei ole myöskään tutkittua tilastoitua tietoa siitä, mikä on alkuperäisen pohjaveden hapetuksen tila ja arseenipitoisuus ilman hiiliterästä ja kulttuurivaikutusta.  Ennen hiiliteräs- putkikaivojen rakennusbuumia matalissa kivirakenteisissa pohjavesikaivoissa ko. alueella ei ole havaittu arseenimyrkytystä. 

Olettamus

Kulttuuriperäiset tekijät kuten itse putkikaivon rakenne- ja ympäristön rasitusvaikutukset on jäänyt kokonaan selvittämättä. Putkikaivojen rakenteissa ja rakennusohjeissa annetaan hyväksyntä hiiliteräsmateriaalin käytölle, joka aiheuttaa systemaattisesti rakenteellisen hapenkulutuksen ja metallisen päästön. Hapenkulutus ja vaikutukset kohdentuvat syvään vedenottopisteeseen ja sen lähisuojavyöhykkeeseen. Ilmiöstä seuraa pohjavesikerrostumaan pelkistynyt vyöhyke, joka on ehto arsenaatin (AsV)muuntumiseksi sedimentissä liikuntakykyiseksi arseniitiksi (AsIII). Vaikutussyvyydestä johtuen korvaavan ja elvyttävän hapen pääsy on pilaantumisvyöhykkeelle estynyt. 

Väestön ja putkikaivojen tiheyden kasvaessa pohjavesikerrostuman hapettavuuden kestävyyden sietorajat ylittyvät ja putkikaivo aiheuttaa laajoja yhtenäisiä syviä pilaantumisvyöhykkeitä, joilla arseeniongelma sairauksineen laajenee ja voimistuu päivä päivältä. Pilaantumisen ja muuntumisen tekijänä tiheä putkikaivoverkosto muodostaa arseenipitoisilla sedimenteillä käsin pumpatulla hidasvirtauksella olosuhteen, jossa on mahdollista muodostua prosessi, joka johtaa WHO määrittelemään väestön massamyrkytykseen. Tämä vakava ongelma ja sen vahingontorjunta edellyttää riskin haltuunottoa ja vaarallisten putkikaivojen markkinoilta poisvedon. Rakentaminen tulisi sallia vasta, kun putkikaivorakenteiden käyttöturvallisuus ja vaatimustenmukaisuus on asianmukaisesti testein ja ohjein varmistettu.

Onko pelkistävä hiiliteräsrakenne laukaissut, sedimenttiin arsenaattina sitoutuneen, mutta muuttuen rakenteen pelkistävästä vaikutuksesta mobilisoituvaksi arseniitiksi? Onko arseenin kulttuuriperäinen laukeaminen sedimentistä aiheuttanut kaivoveden arseenipitoisuuden monikertaisen raja-arvon ylittymisen?

Olettamus voidaan todentaa putkikaivon simuloinnilla

Olen kehittänyt pora- ja putkikaivoille soveltuvan simulointimallin ja tutkimusohjelman, jonka avulla voidaan todentaa faktavarmuudella onko putkikaivon veden arseenipitoisuuden syy luontainen vai ihmisen aiheuttama. Tämä on olennaista tietää etsittäessä kestävää ratkaisua ongelmaan. Varotoimenpiteenä vaarallisia kaivoja maalataan punaiseksi, jolloin estyy veden saanto. Järkevämpi on rakentaa kaivo, jota ei tarvitse maalata punaiseksi. On vaarallista todeta tutkimatta arseeniongelma luontaiseksi, koska se lamauttaa syytutkimuksen ja estää kaivorakenteen kehittämisen ja korjaamisen.  

Simuloinnin vaiheet

Ensimmäisessä vaiheessa kriteerit täyttävälle, neitseellistä pohjaveden tilaa edustavalle koealueelle rakennetaan pilaamaton ja muuttamaton putkikaivoryhmä ja mitataan veden arseenipitoisuus ja happikylläisyys. Toisessa vaiheessa kaivojen rakenne muutetaan happea kuluttavaksi ja pilaavaksi ja muuttavaksi hiiliteräsrakenteeksi ja mitataan veden arseenipitoisuus ja happikylläisyys. Kolmannessa vaiheessa kaivojen rakenne palautetaan pilaamattomaksi ja mitataan veden laadun elpyminen. Simuloinnin avulla voimme rajata pois tekijät eriteltynä, jotka eivät aiheuta suoraan eivätkä epäsuorasti veden arseenipitoisuutta. Toisaalta voimme nimetä eriteltynä ne tekijät jotka aiheuttavat suoraan tai epäsuorasti veteen arseenipitoisuutta. Simuloinnin toistoilla Bangladeshissa voimme todentaa, onko reaktiivinen hiiliteräs- putkikaivo ja sen aiheuttamat sähkökemialliset reaktiot ja vauriot syy arseenipitoiseen kaivoveteen.

Asko Vasarvuori
Porakaivokorjauksen asiantuntija
050-3503101
www.porakaivokorjaus.fi

 

Porakaivon ikävät hajukaasut

Hajukaasujen esiintyvyys

Porakaivoyksilöiden vesiä haittaavat yleisesti rikkiperäiset hajut. Hiiliteräsrakenteisia ruostuvia porakaivoja on Suomessa noin puolet porakaivoista eli 100 000 kpl. Hiiliteräskaivoista haisevia kaivoja noin neljännes eli 25 000 kpl. Suomen tunnusluvut muunnetaan yleensä globaaleiksi lisäämällä perään kaksi nollaa. Hiiliteräs putkikaivojen hajuhaitat näin arvioituna ovat maailman laajuisesti merkittävä ongelma. Korroosion- ja hajuhaitan estossa muovieriste on todettu teknisesti hankalaksi ja tehottomaksi. Rikkiperäistä hajuongelmaa ei esiinny ruostevapaissa betoni- eikä muovirakenteisissa maakerros-eikä porakaivoissa.  

Hajukaasut veden laatutekijänä

Kulutustilanteissa ja tutkimuslaboratorioissa veden hajumääritelmä tehdään ihmisaistein vedestä irtaantuvista kaasuista. Määritelmä on epämääräinen, mutta riittävä ja ilmaisee vieraan hajun haistajan aistiherkkyyden mukaisesti. Hajun aiheuttavan kaasun nimeäminen on epämääräistä. Ilmaisuina käytetään vieras-, maakellarimainen-, tunkkaantunut-, mädän kananmunan-, rikkivedyn luontoinen haju jne. Kaivoveden huoneilmaa pilaava vaikutus eikä kaasumääritys ole kuulunut veden eikä huoneilman rutiinitutkimuksiin. Viranomainen on määritellyt talousveden hajunmuodostuksen teknisen virheen raja- arvoksi aistittavan hajuttomuuden.  ”Ei saa olla tunnistettavaa vierasta hajua”. Vedestä irtoava haiseva kaasupäästö on olennainen tekijä, kun arvioidaan veden käyttöarvoa kotitaloudessa. Tiedän tapauksia, joissa vesiperäiset rikkikaasut huoneilman pilaajana ovat estäneet porakaivon- veden käytön kokonaan ja johtanut kaivon hylkäämiseen. Tällöin asuminen on vaikeutunut ja hyötyinvestointi osoittautunut haisevana kaivona hyödyttömäksi. Hyötyinvestointi, syvä kallioporaus tuotti sen sijaan ”ikuisen” ympäristöriskin. Jälkiviisaana olisi ollut parempi vaihtoehto jättää investointi tekemättä, jolloin olisi säästynyt rahat ja ympäristön pohjavesi.

 Hajun syyt  

Mitkä ovat syyt vedestä irtaantuviin ikävänhajuisiin mm. rikkikaasuihin? Kaasut voivat aiheutua luontaisina, kuten suihkuavissa lämpölähteissä eli geisireissä tapahtuu. Näissä tapauksissa haju on rikkiperäistä ja eräin edellytyksin hapetus-, paine- ja lämpötilaolosuhteissa rikki saa haisevan rikkivedyn muodon. Rikkivety on voimakkaan hajuinen jo pieninäkin pitoisuuksina. Hajut voivat esiintyä välillisesti siten, että luonnoton tekijä aiheuttaa pohjaveteen hapenkulutusta ja happikadon, jolloin veden sulfaatti muuntuu haisevaan rikkivedyn muotoon. Luonnottomia hapen kuluttajia ja välillisiä hajun aiheuttajia voivat olla epäpuhtaudet, raadot, ruostuva romu, humus, pintavedet ja materiaaliperäiset tekijät.

Pohjaveden hyödyllinen sulfaatti

Pohjavesissämme luontaisesti esiintyvä rikki on sulfaattimuodossa. Pitoisuudet ovat suomalaisessa pohjavedessä pienet ka 10- 20 mg/l. Porakaivossa hiiliteräsmateriaalin ruostuessa, sen aiheuttama hapenkulutus on riittävä kuluttamaan veden happimarginaalin loppuun. Tällöin pohjaveden hajuton sulfaatti (SO₄ ^2- ) pelkistyy, muuntuu haitalliseen haisevaan rikkivedyn (H₂ S)  muotoon ja purkautuu kaasuna käyttötilanteissa ilmatilaan. Paineen lasku ja lämpötilan nousu lisää rikkivedyn kaasuuntumista vedestä ja hajuriskiä. Pohjaveden seitsemän asteen lämpötila nousee mm. huonelämmössä, lämminvesivaraajassa, saunan kiukaalla ja vettä keitettäessä jne. Veden ja kaasupäästön vapautuessa huonetilaan sen hajun rikastumiseen vaikuttavat päästömäärän lisäksi huonetilan ilmatilavuus sekä -virtaus. Näistä syistä hajuhaitat esiintyvät voimakkaimpina sauna- ja pesutiloissa, siivous- sekä keittokomeroissa.    

Vesiasioissa varovaisuusperiaate

Miten hajuhaittoihin tulee suhtautua veden käyttöturvallisuutta arvioitaessa? Kun vedessä esiintyy normaalista poikkeava ominaisuus tai pitoisuus, tulee asia selvittää mistä häiriötila aiheutuu. Myös hajuhavainto voi olla tärkeä ilmaisija jostain muusta vaaratilanteesta, joka ei ole itse haju. Rikinhajuinen vesi toimii ilmaisijana mm. luonnottomasta happikadosta, joka voi aiheuttaa kaivoyksilöittäin veden metalloitumista mm. arseenipitoisilla sedimenttialueilla arseenista. Rikkivety on vaarallinen ja myrkyllinen kaasu, mutta se esiintyy kaivovesien yhteydessä onneksemme vaarattoman pieninä pitoisuuksina. Ilmaa raskaampana kaasuna rikkivety voi rikastua umpitilojen pohjalle ja kaivantoihin.

Riippuvuus

Maaporatuissa ja ruostuvissa porakaivoissa olen todennut näiden kaivojen veden päästävän rikkivetykaasua. Mikä tämän rakenteen ja rikkivetykaasun riippuvuuden aiheuttaa, on vielä tieteellisesti todentamatta.  Eräs hypoteesi tälle hajuilmiölle on ruostuvan rakenteen hapenkulutus, josta kaivoyksilöittäin on seurauksena happikatovyöhyke ja rikkiperäiset hajuhaitat. Ilman ruostuvaa hiiliterästä muovirakenteisissa porakaivoissa en ole rakenteellista hapenkulutusta enkä happikatoa havainnut, mutta en myöskään rikkivedyn hajua.

Korjaus

Kurkistakaa haisevan veden porakaivoon. Kun kaivorakenteen seinämässä esiintyy tavalla tai toisella ruosteinen suojaputki, sen osuus hajuhaitan aiheuttajana on järkevää selvittää. Rakenneperäinen hajun riski voidaan sulkea pois valitsemalla täysruostumaton ja happea kuluttamaton kaivorakenne. Näin menetellen voidaan vanhentuneiden, ruostuvien rakennuskäytäntöjen aiheuttamaa hajuhaittaa ehkäistä ennakolta, joka on se edullisin tapa.

    
Hajutonta vuotta 2015
Asko Vasarvuori
Porakaivokorjauksen asiantuntija
050-3503101
www.porakaivokorjaus.fi