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

 

 

Putkikaivojen elinkaari

Kehdosta hautaan

Putkitettu porakaivoprosessi alkaa materiaalien raaka-ainehankinnoista, louhimisesta ja energiankäytöstä. Materiaalien raaka- ainehankinnoilla tehdään mahdolliseksi valmistaa mm. porauskoneet, terät, kompressori ja porakaivossa tarvittavat putki- ja siivilä- sekä vesipumpputuotteet. Kaikki edellä esitetyt prosessit ja kuljetukset edellyttävät luonnonvarojen ja energian käyttöä.

Edelleen prosessin edetessä rakennetaan porakaivo, joka käsittää massiiviset maaporaus- ja kallioporausprosessit, jotka kuluttavat energiaa. Sivupäästöinä syntyy melua, pakokaasupäästöjä, poraussoijaa ja öljy- ja kivipölypäästöjä.

Porakaivoa käytettäessä veden/ energian hankintaprosessissa kuluu energiaa veden ja energian pumppaamiseen ja vesipaineen- sekä toimintakunnon ylläpitoon. Nykyisillä ainevalinnoilla ja työtavoilla porakaivosta tulee itsensä pilaava ja tämä edellyttää yleisesti veden suodatusta, jotta epävakaaksi muuttunut pohjavesi saadaan palautettua talousvesikelpoiseksi. Myös nämä toimenpiteet kuluttavat luonnonvaroja ja energiaa.

Ympäristötavoitteet

Porakaivoja rakennetaan siinä toivossa, jotta saataisiin kalliopohjavesi alkuperäisenä pohjavesilaatuna käyttöön hyvällä käyttövarmuudella vuosikymmeniksi eteenpäin ilman täsmällistä elinkaaren päätä. Nyt kuitenkin on käynyt niin, että porakaivojen hylkyprosentit ovat korkeita ja hylkykaivolla tavoite jää saavuttamatta ja koetaan pettymys. Investoinnin kustannus ja ympäristön rasitus toteutuvat, mutta käyttövesi ja sen hyödyt jää toteutumatta kokonaan tai tehollinen käyttöaika jää odotetta lyhemmäksi. 

Porakaivo hylättynä jää ympäristön rasitteeksi. Kaivo jää palauttamatta ilman asianmukaista menettelyä takaisin luontoon.

Porakaivoja käytetään kiihtyvällä tahdilla edullisemmaksi koetun energian ottoon pohjavedestä. Huomioimatta on jäänyt riskit, kokonaishaitat ja kustannukset. Pilaantumis- ja muuttumisriskit kohdistuvat tällöinkin kiinteistökohtaisesti tärkeään pohjavesialueeseen.

Tavoitteena tulisi olla kestävä kehitys. Hyvällä suunnittelulla saavutetaan materiaali- ja energiatehokkuus. Työputkimenetelmä tulisi ottaa käyttöön, jonka avulla säästetään materiaaleja, energiaa ja turvattaisi pohjavesi sekä veden että energian saanti. Nykyisten lämmönsiirtokemikaalien esiintyvyysriskit tulisi sulkea pois kiinteistökohtaiselta pohjavesialueelta tavalla tai toisella riittävällä varmuudella.  

Vaikutukset ja kehittäminen

Nykyisellään suomalaisen porakaivon ympäristö- materiaali ja energiatehokkuus on huono. Huonot tehokkuusluvut aiheutuvat osin siitä, että porakaivojen rakentaminen Suomessa on suunnittelematonta ja hallitsematonta.

Porakaivoja on avattu ja koekorjattu. Korjaustulokset osoittavat porakaivojen rakenteet yksin syypääksi veden huonoon laatuun. Ruostuvat hiiliteräsrakenteet aiheuttavat rakenteellista hapenkulutusta ja happikatoa sekä suoria ja epäsuoria raskasmetallipäästöjä. Sen sijaan tulokset osoittavat alkuperäisen kalliopohjaveden  erinomaiseksi.

Epävakaat kaivon hiiliteräsmateriaalit aiheuttavat sähkökemiallisen häiriötilan, jonka seurauksena aiheutuvat suorat ja epäsuorat päästöt. Häiriötilasta aiheutuu myös rakenteellinen hapenkulutus, jolloin pohjavesiympäristö pelkistyy. Pelkistyessä maametallit  mobilisoituvat hallitsemattomasti. Tila on vaarallinen siitä syystä, ettei näin muodostuneen epävakaan- ja epäsuoran  metallisen päästön vaarallisuus ole ennustettavissa eikä mitattavissa. Himalajan ympärysvaltioiden arseenipitoisissa sedimenttiolosuhteissa reaktiiviset putkikaivot pelkistävät ja mobilisoivat kaivoveteen maaperän arseenia. Nimenomaan käsipumppuiset, marginaalisesti virtaavat putkikaivot rikastavat arseenin vaarallisella tavalla. 

Paremmilla suunnitelmilla, porauspaikan- ja materiaalien valinnoilla, porausmenetelmillä sekä vedenoton hallinnalla saataisiin porakaivoilla parempi ympäristötehokkuus.

Ympäristönäkökulmasta massiivisten, vanhojen, päästävien ja hylättyjen porakaivojen korjaaminen vaatimukset täyttäviksi eli uudelleen käyttöönotto, olisi kestävää kehitystä parhaimmillaan.

Porakaivojen elinkaarivertailussa päästävät/ ei päästävät olisi ympäristön tehokkuuslaskentaan perehtyneelle asiantuntijalle hyödyllinen kohde arvioitavaksi?

 

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

 

Porakaivojen ruostuvat maaputket - eristeet pettävät

 Erilaiset eristyskäytännöt

Ruostuvien suojaputkien eristyskäytännöt ovat hyvin erilaisia ja käytännöt vaihtelevat urakoitsijakohtaisesti. Eristyskäytännöt vaihtelevat kaivoittain ja valtioittain porakaivokulttuurin mukaisesti. Käytännöt vaihtelevat puoskaroinneista suunnitelmallisiin työtapoihin ja ainevalintoihin. Eristyksellä pyritään estämään epäpuhtaita pintavesi- eroosiovuotoja sekä rakenteellisia korroosiopäästöjä pohjavedestä. Nykyisin työtehtävä on epätoivoinen eikä rakennuskohteessa eristyksestä annettua pinnoitusohjetta, vaatimustasoa ja varmuutta ole mahdollista saavuttaa. 

Yhdysvalloissa ruostuvien maaputkien suojaaminen on pidemmälle suunniteltu, ohjeistettu ja valvottu. Suomessa ei rakenteelliseen yksityiskohtaan ole millään tavoin puututtu, jolloin sitä ei ole myöskään mahdollista valvoa. Suomalainen eristeputkikäytäntö onkin täysin vapaa ja urakoitsijan omasta aktiivisuudesta, osaamisesta ja vastuullisuudesta riippuva rakennustekninen temppu.

Suomalainen hallitsematon ja valvomaton käytäntö

Tilanne meillä suomessa on hyvin ongelmallinen, koska vastuu on lainsäädännöllisesti sysätty yksin kuluttajalle siis hankkeeseen ryhtyvälle. Hankkeeseen ryhtyvällä kuluttajatilaajalla ei ole, eikä voi edellyttääkään olevan, valmiutta tämän tyyppisen rakenteen teknisestä osaamisesta ja valvonnasta.

Eräät urakoitsijat jättävät kokonaan ruostuvan suojaputken muovieristyksen tekemättä ja perustelevat tapaansa sillä, ettei muovieriste asennuksesta huolimatta mitään auttaisi. Turha toimenpide siis ja ylimääräinen kustannustekijä kuluttajalle? Tähän tarkoitukseen suunnittelemattoman muoviputken asennus, varsinkin syvissä asennuksissa, vaikeutuu. Syvyysrajat tulevat vastaan juuri niissä kaivoissa, joissa eristysputkituksen tarve kasvaa suuremmista liukenemispinta- aloista ja päästöistä.

Urakoitsijat, jotka toteuttavat eristeen muodollisesti ja näennäisesti asentavat eristeputken maakengän lyöntiolakkeen päälle, jolloin hiiliteräksen ja kallion välisellä liitosalueelta ei synny eristysvaikutusta. Tässä tavassa eristeputki ei ulotu kallio-osuudelle, jolloin se kattaisi edes teoreettisesti ruostuvan maaputken ja kallion välisen liitosalueen ja estäisi näin ruostuvan suojaputken ulkovaipan epäpuhtaat ja metallipitoiset vuotovedet. Erityinen riskiuseus muodostuu silloin, kun porauksessa nykyään käytetään tiivistymätöntä ns. rengasterämenetelmää. Kovametallinastat ja renkaan liikuntasauma muodostavat vuotoalttiin ”seulan”.

Eräät urakoitsijat taas pyrkivät olemaan tunnollisia ja huolellisia, jolloin asentavat muovieristeen ko. liitosalueen ohi kiviporaukselle siten, että on olemassa teoreettiset mahdollisuudet estää korroosiopäästö ja liitosalueen vuotovedet. Käytännössä kuitenkin ko. rakenne on erittäin riskipitoinen, koska muovieristeen liittäminen hallitsemattomasti rouhittuun ja epämääräiseen kalliopintaa on sattumanvaraista. Kalliossa olevat halkeamat ohittavat liitosalueen jne. Kun sitten liitos onnistuu ja pitää, niin muovieriste kerää putken ulkopuolelle paineen, jota viruva muoviraaka-aine ei kestä ja ennemmin tai myöhemmin muoviputken liitos kalliopintaan pettää ja eristeen patoama raskasmetallipäästö purkautuu äkillisesti kaivotilaan ja kulutukseen. Vakio muoviputket ja materiaalit eivät ole suunniteltu kaivotarkoitukseen eikä niissä ole myöskään pystyasennukseen soveltuvaa liittämismekanismia. Pakottavissa tilanteissa urakoitsija saattaa joutua käyttämään jopa ilmastointiteippiä eristeputkien liittämiseen. Tapaa ei voida pitää hyväksyttävänä epätyydyttävän liitosvarmuuden vuoksi.  

Paineistettuja tiivistysmansetteja käytetään vaihtelevalla menestyksellä muovieristeen pettäessä. Näiden teho on paikallista jolloin vuodot voivat syntyä kallion halkeamista ja mansetin ohituksesta. Tällöin siirrytään rautasuodatukseen.

 Yhdysvaltalainen eristyskäytäntö suunnitellumpi ja valvotumpi

Yhdysvalloissa eristämiskäytäntö poikkeaa kaikista edellä mainituista käytännöistä. Yhteistä on, että myös Yhdysvalloissa käytetään yleisesti korroosioherkkää hiiliterästä maaporauksessa, kun lävistetään kallioperän yläpuolista, veden hankintaa soveltumatonta maapeitettä.

Kun maapeite on lävistetty ruostuvalla suojaputkella ja kallioporaus tehty ja vesi löydetty, yhdysvaltalainen porausurakoitsija käyttää ohjeenmukaista porakaivoputkea eristykseen, joka on muoviraaka-ainetta ja siinä on erikoisliittimet hyvän liitosvarmuuden saavuttamiseksi. Muoviputkitus tehdään porauksen pohjaan asti. Putkitukseen asennetaan siiviläosuuksia niille syvyyksille, joista on todettu pohjaveden virtaavan kaivoon. Tämän jälkeen hän täyttää muoviputken ulkovaipan tyhjiötilan ja muoviputken sisäpuolisen tilan hallitusti tasarakeisella sopivaksi mitoitetulla kiviaineksella vedenottokorkeuteen asti. Ulkovaipalla vuoroin käyttää bentoniittisaven ja sementin seosta tiivistykseen sekä kiviraetta siiviläosuudelle.

Edellä mainitulla tavalla yhdysvaltalainen porausurakoitsija voi vähentää ratkaisevasti hiiliteräksen riskejä ja pohjavettä pilaavaa ja muuttavaa vaikutusta. Häneltäkin kaivoon jää kuitenkin hiiliteräsmateriaalinen peikko, rakenneperäinen metallipäästö ja hapenkulutus. Riski on kuitenkin huomattavasti pienempi, kuin meillä suomalaisissa porakaivoissa. Mitoitettuna ja näin toteutettuna muovieristeellä on paremmat mahdollisuudet kestää painerasitus ja olla tarkoituksenmukaisempi ja varmempi eristysrakenne, joskin huomattavasti kalliimpi.

Tämä yhdysvaltalainen porakaivon rakennuskäytäntö perustuu kirjallisuusselvityksiin ja opintomatkaan yhdysvaltalaiselle porausfirmalle ja porakaivolle Kaliforniassa vuonna 2005. 

Porakaivoissa meillä ja muualla on paljon maanalaista mystiikkaa, kähmintää ja kehitettävää. Kaikkea porakaivoveden huonoa laatua ei voida perustella luontaisilla geologisilla tekijöillä, vaan esimerkiksi rakennusteknisen eristeen puuttumisella tai vajaatoiminnalla.

Porakaivokorjaajan neuvo

Porakaivon korjaajan näkökulmasta, pitkäaikaisen kolmenkymmenen vuoden kokemuksen mukaisesti, tarkoituksenmukainen tapa on ehkäistä hiiliteräs- ja muoviyhdistelmän vahinkoriskit oikealla, korroosiota kestävällä materiaalivalinnalla ja siihen soveltuvalla työtavalla. Työputkimenetelmällä varustetulla porauslaitteistolla toteutetaan turvamitoituksella ruostumattomasta haponkestävästä teräksestä (EN 1.4432) inertti kevytrakenne. Tämä rakenne on kestävän kehityksen mukaisesti pohjaveden alkuperäisenä säilyttävä. Tässä ratkaisussa ei jää pohjavesirakenteeseen hiiliteräspäästön mahdollisuutta. Tästä porakaivon rakennemallista on kahden kymmenen vuoden ajalta lupaavat kokemukset.     

Asko Vasarvuori
Porakaivojen korjausasiantuntija
050-3503101
www.porakaivokorjaus.fi

 

Rautarakenteisen porakaivon veden rautapitoisuus veden virtauksen funktiona

 

 

Porakaivojen korjauksen yhteydessä Vigmanin kaivolla toistuvasti tehdyssä virtauskokeessa havaittiin veden rautapitoisuuden riippuvuus veden virtauksesta. Vaikka virtautus kokeita on tehty useissa porakaivossa, ei yhtä selvää säännönmukaisuutta Vigmanin kaivon kanssa ole havaittu. Veden virtausolosuhteet kyllä aina vaikuttavat veden rautapitoisuuden muodostumiseen, mutta kaivoyksilöittäin suurella hajonnalla. Muillakin rakenneperäisillä veden laatutekijöillä on havaittu yhteys veden virtaukseen kuten veden happi- ja mangaanipitoisuudet sekä aistittavat tekijät.

Miksi veden rautapitoisuus muodostuu kaivoyksilöittäin, johtuu siitä, että jokaisen kaivon rakenne ja muut olosuhteet ovat enemmän tai vähemmän erilaiset. Rautarakenteisessa porakaivossa on lukuisa määrä muuttuvia häiriötekijöitä, jotka vaikuttavat suoraan tai välillisesti, kulloisenkin kaivon ja hetken, veden rautapitoisuuteen tavalla tai toisella. Myös porakaivoympäristössä pohjaveden raudasta ongelmaton tila ajan myötä pilaantuu ja muuttuu, jolloin virtauksen avulla saatu vaikutus hämärtyy.

Graafisessa esityksessä on teoreettinen rakenteen liukeneminen ja siitä matemaattisesti johdettu vaikutus vaihtuvaan vesitilavuuteen nähden. Vigmanin kaivon virtautushavaintoa on verrattu teoreettiseen mallinnukseen ja todettu yllättävä yhdenmukaisuus. Näin siis käytännössä tapahtuu ani harvoin. Kun kaikki teoriaa häiritsevät tekijät suljetaan pois, niin tapahtuu esitetyn kaltainen veden pilaantuminen liukenevasta rakenteen raudasta. Tällainen testaustila on mahdollista lavastaa laboratorio- olosuhteissa ja todeta yhdenmukaisuus teoreettiseen malliin ilman häiriötekijöiden vaikutusta.

Graafisesta esityksestä voidaan havaita rautarakenteisilla kaivoilla tuhoisimman veden virtausalueen asettuvan juuri kiinteistökohtaisen vedenkulutuksen alueelle, joka on 0-0,5 m³ /d. Tuhoisuus johtuu siitä, että rakenne päästää enemmän rautaa, kuin mitä veden virtaus kykenee haittaa eliminoimaan. Vettä pumpataan marginaalisesti vain ka 2% ajasta, siis seisovan veden olosuhteesta.  Tämän vuoksi kiinteistökohtaisten porakaivojen veden rautapitoisuus on ongelmista yleisin ja ajaa systemaattisesti kaivoja rautasuodatukseen tai hylkyyn.

Luontainen maannos, uuttumis- ja raudan rikastumiskerrokset ovat hyödyllisiä pohjaveden hitaassa valmistumisprosessissa. Tämän hyödyllisen kerrostuman ohittava rautarakenteinen, liukeneva, vettä johtava onkalo on tuhoisa. Liukeneva rautarakenne on yleismaailmallinen porakaivojen rakennusohje ja käytäntö, joten kysymys on merkittävästä löydöksestä ympäristöterveyden alalla, joka vaatii lisää vakuuttavaa perustutkimusta.

 

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




 

Suunnittelematon porakaivo - Ympäristöriski

Mitä porakaivosuunnittelulla tarkoitetaan?

Suunnittelun merkitys määräytyy siitä, missä yhteydessä sanaa käytetään. Porakaivon suunnittelusta tekee erityisen tärkeän ja olennaisen se, että pysty ontelorakenne muodostaa esteettömän nielun kulttuurirasitteisesta kerrostumasta syvään pohjavesikerrostumaan. Pohjavesikerrostumaa koskeva lainsäädäntö on poikkeuksellisen ankara, johtuen siitä, että ympäristövahinko sattuessaan on luonteeltaan peruuttamaton. Erittäin vahvat tunnusmerkit ovat siitä, että porakaivot toimivat pohjavettä salakavalasti ja systemaattisesti pilaavina suorina ja epäsuorina päästötekijöinä. 

Porakaivojen nykyiset poraus- ja rakentamisohjeet ja työselosteet ovat yksilölliseen porakaivoon sattumanvaraisesti sopeutettavia tapaperinteitä. On väärin ohjeistaa porakaivorakenteita, aine- ja työtapavalintoja sekä malleja niin, etteivät ohjeet perustu asianmukaiseen ja pätevöityneeseen suunnitteluun eikä käyttöturvallisuus kattavaan testaukseen.

Mikä on porakaivon suunnittelun tila?

Kiinteistökohtaisessa porakaivossa suunnittelun vaikeusastetta ja haastetta lisää se, että talonrakentaminen ja vesi- ja energiaporakaivon rakentaminen tapahtuu vuorovaikutuksessa tärkeällä kiinteistökohtaisella pohjavesialueella.

On vaikea ymmärtää, että kiinteistökohtaista vesihuoltorakennetta suunniteltaessa ja rakennettaessa voisi saada hyvän lopputuloksen ottamatta kokonaisuutta huomioon. Kysymyksessä on kiinteistökohtainen tiivis toimintakokonaisuus, jossa ovat vuorovaikutuksessa luonto, kulttuuri, tiet, talo, talousvesi, pohjavesi, jätevesi, energia, elinkeinot jne. 

Porakaivorakenteiden avaajana ja korjaajana hankkimani tiedon mukaan porakaivoa ei ole suunniteltu kriteereiden mukaisesti. Rakentaminen ei vastaa lainsäädäntöä, määräyksiä, vaatimuksia eikä etiikkaa. Epäonnistunut ja vaarallinen porakaivo on ohjeiden ja rakentamisen yhteistulos. Valvonnalle ei ole edellytyksiä ja villit porakaivot onkin jätetty talonrakennusvalvonnan ulkopuolelle.

Miksi porakaivoja ei suunnitella?

Pienkiinteistöjen omistajat eivät ole vesihuollon osalta järjestäytyneet edunvalvonnallisesti. Ei ole ollut tahoa, joka olisi käynnistänyt ja rahoittanut porakaivojen tutkimuksen, tuotekehityksen ja suunnittelun. Teollisten toimijoiden, porauskoneiden valmistajien, porausurakoitsijoiden ja putkimateriaalien toimittajien intressiin ei ole kuulunut tilaajan edunvalvonta, vaikuttavuustutkimus, porakaivon kehittäminen eikä suunnittelu.

Pohjavesikaivot ja ympäristö

Porakaivoissa pohjaveden kanssa reagoiva hiiliterässeinämä ja sen sähkökemiallinen häiriötila on aiheuttanut maailmanlaajuisesti pohjavesikerrostuman moni-ilmeisen vahingoittumisen. Vahingoittuminen kattaa kaikki variaatiot, lievistä haitoista jopa hengenvaaraan asti. Varovaisuusperiaate on voimassa ympäristöä uhkaavassa vahingossa. Toimenpiteisiin ryhtyminen velvoittaa kaikkia.

Kiinteistökohtaisen vesihuollon-, porakaivojen suunnittelun- ja riskien hallinnan yhteistyö tulisi aloittaa kokonaisuutena, johon osallistuvat pohjaveden-, kaivorakenteen- ja veden käyttöympäristön asiantuntijat sekä julkinen taho. 

Porakaivojen omistajat; Selvittäkää porakaivojenne epävakaat seinämärakenteet ja niistä epävakaasti oirehtiva veden laatu. Suodatin lievittää ongelmaa, mutta tuo koko joukon uusia riskejä ja huolta.


Asko Vasarvuori
www.porakaivokorjaus.fi

 

 

 

Porakaivon vedessä hiekkaa

Porakaivon vedessä hiekkaa

Porakaivovesissä esiintyy hiekkapitoisuutta yleisesti. Haittojen voimakkuus ja haitallisuus vaihtelevat valtavasti. Toisaalta on myös paljon yksilöllisiä eroja siinä, miten hiekkapitoisuudesta johtuvat haitat kulloinkin ilmenevät. Porakaivoissa esiintyvään hiekkaan ja siitä johtuviin haittoihin ei ole kiinnitetty riittävästi huomiota tavanomaisessa vesinäytteenoton- vesitutkimuksen- ja ympäristövaikutusten suunnittelussa.

Hiekkapäästö kaivoon

Hiekkaa ei ole luontaisesti kalliopohjavedessä. Hiekka ja muu kiviaines sekoittuu pohjaveteen veden virtausolosuhteiden muuttuessa vedenoton eri vaikutuksista nimenomaan porakaivoissa. Yleisimmät syyt hiekan pääsyyn ja sekoittumiseen pumpattavaan veteen johtuvat, kallioperän yläpuolisesta kaivorakenteesta, seinämien puutteellisuudesta ja ylisuuresta, eroosiota aiheuttavasta ja pohjavesikerrosta vaurioittavasta vedenotosta. Porakaivon syvä ja putkimainen muoto on ehto ongelmalle. Hiekan estoa syvään asennettujen uppopumppujen imukanavaan ei ole järjestetty.

Kaivoseinämien äkilliset pettämiset ja hiekkavuodot aiheutuvat muoviseinämän virumisesta tai hiiliterässeinämän puhki syöpymisestä. Vuotoja aiheuttaa myös suojaputken alimittaisuus ja vuotava suojaputken ja kallion välinen liitos.

Hiekkaan verrattavaa kiviainesta muodostuu myös porausvaiheessa ns. poraussoijaa. Hallitsematon kaivojen paineaukaisu lisää pintavesi- ja hiekkavuotojen riskiä kaivotilaan.

Raekoko

Poraussoijan ja hiekan raekoko vaihtelee hyvin paljon 0,0002 millistä lohkareisiin. Hienojakoinen kiviaines voi kulkeutua kalliojärjestelmään, pohjaveteen ja pumppaukseen.   Pienimmät rakeet kulkeutuvat veden mukana kulutuspisteisiin ja jopa kuluttajaan. Isommat lohkareet jäävät kaivoon, mutta aiheuttavat kaivossa mm. pumppuvaurioita ja pumpun jumittumista.

Ongelmat

Kiviaineksesta johtuvat ongelmat ovat moninaiset. Osa kiviaineksesta laskeutuu kaivon pohjalle ja täyttää haitallisesti kaivotilaa. Pohjatason noustua pumpun imuaukon tasolle, hiekkapitoisuus lisääntyy ratkaisevasti käyttövedessä.

Pumppauksen aikana pumpun yläpuolelta porauskuiluun tuleva hiekan eroosiovirta saavuttaa uppopumpun imuaukon ja matka kohti kulutuspisteitä alkaa. Rakeet aiheuttavat moninaista haittaa järjestelmässä ja kulutuksessa.

Eräs vakava haitta muodostuu, kun noin 1 mm rae kulkeutuu WC-huuhtelusäiliön sulkuventtiilin karan ja tiivistyskartion väliin. Tällöin WC vuotaa keskeytymättä. Vuoto kasvattaa jo yhden vuorokauden kuluessa kuutiometreittäin ylimääräistä WC- jätteen tilavuutta. Täyttää suljetun jätejärjestelmän ja aiheuttaa jätetulvan kiinteistölle. Vuoto aiheuttaa jätevaraston ylimääräisiä tyhjennyksiä. Hiekkarakeen poistaminen edellyttää asiantuntijan käynnin kiinteistöllä. Yksi pieni rae on siis aiheuttanut vakavan ympäristöpäästön, jäterasituksen, pohjaveden tuhlauksen, käyttöhäiriön ja kuluerän.

Taloudessa on runsaasti kojeita ja laitteita, jotka häiriintyvät kyseisistä hiekkarakeista. Siivilät tukkeutuvat ja laitteisiin tulee käyttöhäiriöitä. Eräissä laitteissa mm. pesukoneissa on laitekohtaisia hiekanerottimia, joilla voidaan laitehäiriöitä vähentää. Pesukoneiden siivilät ovat kapasiteetiltaan pieniä ja niitä tulee valvoa ja puhdistaa tarpeen mukaan jopa viikoittain. Pumpattavan veden kivirakeet aiheuttavat pumpun muovisten siipipyörien ja laakereiden ennenaikaisen vaurioitumisen.

Pahimmillaan hiekan seurannaisvaikutukset saattavat aiheuttaa kaivon tuhoutumisen lopullisesti. Hiekkaongelmia ei juuri esiinny maarengaskaivoissa eikä kunnallisessa vesihuollossa.

Kulkeutuminen järjestelmässä

Hiekka ja rakeet kulkeutuvat järjestelmässä veden virtaussuunnassa. Säiliöissä rakeet saattavat laskeutua pohjalle veden virtauksen hidastuessa. Putkistoissa veden virtaus ja rakeiden etenemä on nopeampaa.  Rakeiden kulkunopeus vaihtelee veden virtausmäärien ja nopeuden mukaan. Runsaammin vettä juoksutettaessa yleensä ilmiö voimistuu.

Terveys

Hiekkarae ei liukene ruuansulatuskanavassa.  Ihmisen ei ole suositeltavaa nauttia kiviainesta, koska siitä saattaa aiheutua mekaanisia haittoja hampaille ja umpisuolen lisäkkeen tulehdus. Ei ole tarkoituksenmukaista nauttia sellaista, josta ei ole hyötyjä vaan päinvastoin. Hiekkajyväset ovat myös esteettinen epäkohta astioiden pohjalla. 

Ennaltaehkäisy

Hiekan estoon voi vaikuttaa monin tavoin. Rakennusvaiheessa syntyvä poraussoija tulee huuhdella huolellisesti pois pitkäkestoisella puhdistuspumppauksella.

Porakaivo tulee siten rakentaa, että kaivokuiluun pääsee hallitusti ja hyvällä varmuudella vain pohjavesi.  Tämä tarkoittaa sitä, että seinämärakenne on selkeästi rajatulta ja halutulta osalta tiivis ja läpäisemätön ja halutulta pohjavesikerrostuman kohdalta optimaalisella raolla siivilöity. Lisäksi seinämän ja sen liitosvarmuuden on oltava hyvä ja kestävä.

Porakaivosta ei saa ottaa vettä enempää kuin se luontaisesti antaa. Tämä tarkoittaa sitä, ettei pohjaveden pintatasoa saa luonnottomasti muuttaa ns. ryöstöpumppauksella, koska ryöstöpumppaus lisää huomattavasti hydraulista murtumaa ja kiintoaineksen eroosiota.

Porakaivon rakenteissa esiintyviä ja hiekkaisuutta aiheuttavia epäkohtia voidaan tunnistaa ja korjata rajoitetusti jälkikäteen. Hiekan ennaltaehkäisevästi korjaavana toimenpiteenä kysymykseen tulevat porakaivon uusi suojaputki ja sen mitoitus, siivilöinti ja liitosvarmuuden parantaminen.

Poisto vedestä

Hiekan erottaminen vedestä ei ole vaativa tehtävä. Hiekka voidaan kerätä laskuhanan siivilään juuri ennen veden käyttöä. Hiekan erotukseen voidaan käyttää syöttöjohtoon asennettavaa tavanomaista karkeasuodatinta tai keskipakolinkoa. Kaivotilaan kerääntyvän hiekan voi puhdistaa määräajoin tarkoitukseen soveltuvan painepesurin ja imusäiliöauton avulla.

Kuitenkin ennalta ehkäisevät toimet ovat tässäkin tapauksessa ne kaikkein järkevimmät ja edullisimmat ratkaisut. Tällöin estyvät hiekasta aiheutuvat vahingot ja poistuvat hiekan aiheuttamat järjestelmän huoltokulut sekä saavutetaan parempi vesihuollon käyttövarmuus ja -ikä.  

Asko Vasarvuori
pohjavesikonsultointi@gmail.com