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 rakennusvirhe aiheuttaa veteen ruosteisuutta

Hiiliteräs globaali suojaputkimateriaali

Porakaivoa rakennettaessa veden ja energianottoon, joudutaan maapeite lävistämään ns. maaporausputkituksen avulla. Porausvaiheessa käytetään maailmanlaajuisesti suojaputkena vahvaseinäistä ja halpaa hiiliterästä, kansanomaisesti rautaputkea.

Kansalliset suojaputkien rakennuskäytännöt

Kyseinen suojaputkitusmateriaali on kansallisesti huomioitu monin eri tavoin. Eräissä valtioissa kiinnitetään suurta huomiota suojaputkimateriaalin aiheuttamiin vettä pilaaviin tekijöihin. Eräissä maissa ei tehdä juurikaan mitään huomioita materiaalin aiheuttamien ongelmien estämiseksi, vaan hiiliterästä käytetään sellaisenaan. Suomessa ollaan vasta heräämässä ko. riskistä. Maanalainen suojaputki rakennuskohde tekee korroosion suojauksesta epätoivoisen. Käytäntö on osoittanut korroosion estotoimet petollisiksi, sattumanvaraisiksi ja riittämättömiksi. Suomessa eräät urakoitsijat käyttävät ohjeistettua muoviholkitusta. Eräät urakoitsijat jättävät kustannuksia aiheuttavan, sattumanvaraisen holkituksen asentamatta. 

Rakennusvirhe ja sen vettä pilaava mekanismi

Pystyrakenteinen hiiliteräsonkalo aiheuttaa pohjavesikerrostumassa vaihtuvarajaisen vesirajakorroosion, joka tunnetaan tuhoisana korroosiotyyppinä. Vesirajalla on runsaasti happea saatavilla, joka kiihdyttää korroosiota. Keskimäärin yksi suojaputkirakenne päästää 1 000 000 mg raskasmetallia vuosittain. Tämä aiheuttaa laskennallisesti 4 000 000 vesilitran pilaantumisen. Metallit siirtyvät vesivälitteisesti pohjaveteen ja kulutusveteen. Metallit aiheuttavat pohjaveden otolle haittaa tai veden hyötykäyttö estyy kokonaan. Vaatimusten ja määräysten mukaan näin ei saisi tapahtua, joten rakennuksessa on katsottava olevan virhe.  

 Tuhon laajuus

Tuhoisuus aiheutuu siis siitä, että rakenteen suora päästö on siinä määrin merkitsevä, että veden metallinen sietoraja ja hyväksyttävyys ylittyvät. Tila heikkenee keskeytymättä kahden sadan vuoden ajan kaivon reikiintymiseen ja luhistumiseen asti. Tuhon laajuus tulee myös siitä, että vesi- ja energiaporakaivojen lukumäärä maailmanlaajuisesti on jättiläismäinen. Eräiden väkirikkaiden valtioiden alueella pora- ja putkikaivotiheydet voivat nousta jopa satoihin kaivoihin neliökilometrillä. Tuhovoimaa lisää myös seurannaisvaikutukset esimerkiksi siten, että kaivon hylkäännyttyä kaivo jätetään sillensä. Tällöin putki yhdessä porausonkalon kanssa muodostavat johteen putkipäästöjen ja pinnallisten epäpuhtauksien pääsylle haavoittuvaan pohjavesikerrokseen. 

Terveydellinen riski

Päästävä hiiliteräs sisältää pääosin rautaa, mutta merkittäviä määriä mangaania, joka on uuden tutkimustiedon mukaan terveydellinen riski. Lisäksi hiiliteräs sisältää aina epäpuhtautena raskasmetalleja, joiden määräosuudet ovat pieniä. Näiden metallien ryhmä on kuitenkin merkittävä riski siitä syystä, että emme täsmällisesti tiedä mitä metalleja kulloinkin veteen siirtyy ja mitkä ovat niiden terveysvaikutukset.

Rakenteen ja pohjaveden korjaaminen

Porakaivorakenne voidaan rajoitetusti korjata siten, että haitallinen materiaali vaihdetaan. Maanalaisuudesta johtuen rakenteen korjaaminen on erityisen vaativa korjauskohde. Korjaamiseen liittyy riskejä. Korjatulle rakenteelle voidaan antaa vaatimustenmukaisuusvakuutus.

Pohjaveden tilan korjaantuminen riippuu kaivoyksilöstä ja siitä, kuinka pitkälle pohjavesivauriot kulloinkin ovat edenneet.

 

Asko Vasarvuori

www.porakaivokorjaus.fi