Hulevesiksi kutsutaan rakennetuilla alueilta, esimerkiksi kaduilta ja rakennusten katoilta pintavaluntana syntyviä sade- ja sulamisvesiä. Perinteinen hulevesien johtaminen viemäristössä vesilaitokselle käsiteltäväksi tai purettavaksi lähimpään vesistöön ei ole kestävä ratkaisu hulevesien hallitsemiselle. Hulevesien muodostumista tulisi ensisijaisesti estää ja tällä tavoin vähentää kuormitusta vesistöihin tai puhdistuslaitoksiin. Lisääntyneiden hulevesien haittavaikutuksien vähentämisessä erilaiset hulevesien hallintamenetelmät nousevat hyvin tärkeiksi tekijöiksi. Yhtenä hulevesien määrällisenä ja laadullisena hallintamenetelmänä voidaan pitää biosuodatusta.
Biosuodatus yleisesti
Hulevesien hallintamenetelmät ovat hulevesien kertymiseen vaikuttavia ja niiden johtamiseen sekä käsittelyyn liittyviä toimenpiteitä, kuten läpäiseviä päällysteitä, rakennettuja puroja tai viherpainanteita (Kuntaliitto 2012, 11). Käsiteltäessä hulevesiä biosuodattamalla hulevedet johdatetaan maarakenteiden läpi. Haitta-aineita poistuu suodattimessa pääasiassa erilaisten biologisten, kemiallisten ja mekaanisten prosessien kautta (Sänkiaho & Sillanpää 2012, 19-24). Biosuodatuskentillä voidaan myös tasata valunnan määrää ja lisätä pohjaveden määrää, kun erilaisten maakerroksien läpi suodattunut vesi imeytyy kohti pohjavettä (Lehikoinen 2015, 7-33). Biosuodatusalueet voivat olla viherpainanteita, pintavalutuskaistoja tai maan alle rakennettuja suodatuskammioita ja ne ovat yleisesti tarkoitettu ns. paikalliseen hulevesien käsittelyyn kaupunkialueiden sisällä (Kuntaliitto 2012, 140-186). Kuviossa 1 on esitetty biosuodatusrakenteen toimintaperiaate.
KUVIO 1. Suodatusrakenteen toimintaperiaate (Rakennustietosäätiö 2017, 13)
Biosuodattimen rakenne ja materiaalit
Biosuodatusrakenteen tarkoitus on toimia veden laadullisena ja määrällisenä käsittelijänä. Rakenteen koko valuma-alueen suhteen voi vaihdella sen mukaan, miten paljon hulevesiä muodostuu ja kuinka suuri osa valumavesistä halutaan käsitellä. Useissa toteutetuissa rakenteissa ja tutkimuksissa rakenteen koko on ollut 2-5% valuma-alueen koosta. (Valtanen ym. 2010, 34-40.) Biosuodatusrakenteen tasapaino pidättymisen ja tyhjentymisen välillä on hyvin tärkeää. Rakenteen tulisi kuivua sade- ja sulantatapahtumien välissä, jotta seuraavan valuntatapahtuman aikana rakenne ei alkaisi tulvimaan. Noin vuorokauden mittaisella viipymällä, vaadittavat puhdistusprosessit ehtivät tapahtua ja samalla taataan mikrobitoiminnalle suotuisat hapelliset olot. (Lehikoinen 2015, 7-33.) Kuviossa 2 on esitetty biosuodatuksen rakennekerrokset ja yleiset materiaalit sekä kerrospaksuudet.
KUVIO 2. Yleiskuva suodatusrakenteesta, jossa suodatinkankaan tilalla on siirtymäkerros (Rakennustietosäätiö 2017, 16)
Hulevesien suodattuminen ja pidättyminen tapahtuvat pääasiassa kahdessa ylimmässä, eli orgaanisessa ja suodatinkerroksessa. Orgaanisessa kerroksessa oleva kasvillisuuskerros pidättää hulevedessä olevia ravinteita ja raskasmetalleja ja samalla muokkaa maaperää kuohkeammaksi parantaen maaperässä olevien mikrobien olosuhteita. (Lehikoinen 2015, 7-33.) Suodatinkerroksen materiaalin valinnassa yksi tärkeä tekijä on hydraulinen johtavuus. Hydraulisen johtavuuden tulisi olla vähintään 1,3 cm/h ja korkeintaan 10 cm/h, jolloin vaadittavat prosessit suodatuskerroksissa ehtivät tapahtua ja samalla taataan rakenteessa olevalle mikrobitoiminnalle tarpeelliset happiolosuhteet. (Muthanna 2007, 11-21.) Kasvillisuuden tulee kestää erilaisia olosuhteita, kuten kuivaa ja kosteaa, sekä vedenläpäisevyyden on oltava korkea, jotta pintakerros ei tukkeutuisi (Sänkiaho & Sillanpää 2012, 19-24). Suodatinkerroksen maa-ainekseksi soveltuu esimerkiksi hiekka, joka on raekooltaan 0-2 mm. Suodatinkerros voi olla myös sekoitemaata jonka tarkoituksena on olla sopivasti vettä läpäisevä ja bioaktiivinen epäpuhtauksien pidättämiseksi. Sekoitteeksi soveltuu esimerkiksi biohiili tai leca-sora. (Wendling ym. 2017, 7-17.)
Siirtymäkerrokseen ja salaojakerrokseen valittavilla materiaaleilla ei ole merkittäviä eritysvaatimuksia, vaan ne toimivat lähinnä suotautuneen veden varastokerroksina ennen niiden imeytymistä maaperään tai johdattamista salaojaputkilla pois suodatusrakenteesta. Siirtymäkerros saatetaan korvata suodatinkankaalla, mutta kiintoaineiden huuhtouman vuoksi on huomioitava suodatinkankaan mahdollinen tukkeutuminen. Biosuodatusrakenteen alimmaksi kerrokseksi voidaan lisätä typenpoistoa edesauttava rakenne (kyllästynyt kerros), jossa typenpoistoa tapahtuu denitrifikaation avulla. Kyllästyneen kerroksen materiaalina voidaan käyttää esimerkiksi sepeliä (Rakennustietosäätiö 2017, 16).
Vaikutus hulevesien laatuun
Biosuodatus soveltuu erittäin tehokkaasti kiintoainekuormituksen pienentämiseen. Biosuodatuksessa haitta-aineita poistuu hiukkasmuodossa sekä liuenneina. (Lehikoinen 2015, 7-33.) Kiintoaineet, kiintoaineeseen kiinnittynyt fosfori ja osa maaperässä olevista patogeeneistä tarttuu tehokkaasti suodatinmateriaalin pintaan sedimentoitumalla. Patogeenien altistuminen auringon valolle suodattimen pintakerroksessa edistää niiden poistoa. Suodattimen pintakerroksen kasvillisuudella voidaan parantaa fosforin pidättymistä, mutta väärin valitusta suodatinmateriaalista sekä kuolleesta kasvillisuudesta voi liueta suuriakin määriä fosforia käsiteltävään veteen. Biosuodatusrakenteessa typenpoisto tapahtuu pääasiassa suodattimien kuivuessa sadetapahtumien välissä, jolloin suodattimessa on suotuisat hapelliset olosuhteet typen nitrifikaatiolle, jota seuraava vaihe denitrifikaatio pelkistää nitraatit typpikaasuksi. (Kasvio ym. 2016, 17-21; Sänkiaho & Sillanpää 2012, 19-24.) Biosuodatus on osoittautunut tehokkaaksi menetelmäksi myös raskasmetallien puhdistukseen. Raskasmetallit alumiini, kromi, kupari, lyijy ja sinkki kiinnittyvät partikkeleihin, joiden raekoko on alle 10 μm. (Muthanna 2007, 11-21.) Taulukossa 1 on esitetty hulevesissä tyypillisesti tavattavien haitta-aineiden pitoisuuksia ja biosuodatuksen kuormitusreduktio.
TAULUKKO 1. Hulevesissä tyypillisesti tavattavien haitta-aineiden pitoisuuksia ja biosuodatuksen kuormitusreduktio (Kasvio ym. 2016, 21)
| Aine | Tyypillinen pitoisuus hulevesissä, mg/l | Kuormitusvähenemä biosuodatuksessa, % |
| Kiintoaine | 15-350 | 90-99 |
| Biologinen hapenkulutus | 1,5-22.0 | 80-90 |
| Kokonaiskupari | 0,01-0,28 | 60-90 |
| Kokonaissinkki | 0,03-0,35 | 85-95 |
| Öljyt ja rasvat | 0,4-20,0 | 95-99 |
| Partikkelimainen fosfori | 0,1-2,2 | 95-99 |
| Liukoinen fosfori | 0,05 | 10-30 |
| Liukoinen typpi | 0,1-3,7 | -40-40 |
| Partikkelimainen typpi* | 0,5-3,5 | 25-50 |
*käsittää partikkelimaisen orgaanisen typen
Yhteenveto
Kaupunkiympäristön vesien hallinta on tärkeä osa ympäristöalan koulutusta LAMKissa. Yksi syy aiheen merkittävyyteen on pelko ilmastonmuutoksen myötä lisääntyvien ääri-ilmiöiden vaikutuksista tulvimis- ja kuivatusongelmiin erityisesti rakenteeltaan tiivistyneessä kaupunkiympäristössä. Viime vuosina hulevesien hallintaan liittyviä opinnäyte- ja harjoitustöitä on tehty useita eri toimeksiantajien tilauksesta, erilaisiin kohteisiin ja eri näkökulmasta. Yksi paljon tutkittu osa on hulevesien paikalliset/alueelliset käsittelymenetelmät ja –kentät. Tomi Kirjokivi on perehtynyt Insinööritoimisto Vahanen Environmentin toimeksiantamassa opinnäytetyössään erilaisista materiaaleista rakennettujen biosuodattimien toimintaa ja sen kautta mahdollisuutta vähentää vesistöihin ja vedenpuhdistuslaitoksiin kohdistuvaa kuormitusta. Yksi tulevaisuuden suodatusmateriaalivaihtoehto on Tomi Kirjokivenkin opinnäytetyössä tarkemmin tarkasteltu biohiili, jonka suhteellisen korkea ominaispinta-ala ja muut ominaisuudet edistävät hulevesien haitallisia ympäristövaikutuksia. Tärkeänä näkökulmana työssä on ollut myös huolellisen suunnittelun, rakentamisen ja huollon sekä optimaalinen mitoituksen huomioiminen. Lisäksi oikeilla materiaalivalinnoilla voidaan lisätä suodatuskentän ominaispinta-alaa ja näin ollen hidastaa valuntaa sekä pienentää haitallisten yhdisteiden pääsyn ympäristöön. (Kirjokivi 2018.)
Lähteet
Kasvio, P., Ulvi, T., Koskiaho, J. & Jormola, J. 2016. Kosteikkojen ja biosuodatusalueiden toimivuus hulevesien käsittelyssä. HULE-hankkeen loppuraportti. [Verkkodokumentti]. Suomen ympäristökeskuksen raportteja 7/2016. [Viitattu 14.2.2018]. Saatavissa: https://helda.helsinki.fi/handle/10138/160201
Kirjokivi, T. 2018. Biohiilisuodatin hulevesien käsittelyssä : Case Espoo Otsolahti. [Verkkodokumentti]. AMK-opinnäytetyö. Lahden ammattikorkeakoulu. [Viitattu 9.5.2018]. Saatavissa: http://www.urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201805107593
Kuntaliitto. 2012. Hulevesiopas. [Verkkodokumentti]. Helsinki: Suomen kuntaliitto. [Viitattu 15.2.2018]. Saatavissa: http://shop.kunnat.net/product_details.php?p=2714
Lehikoinen, E. 2015. Kadun vastavalmistuneiden huleveden biosuodatusalueiden toimivuus Vantaalla. [Verkkodokumentti]. Diplomityö. Aalto-yliopisto, yhdyskunta- ja ympäristötekniikan koulutusohjelma. [Viitattu 7.2.2018]. Saatavissa: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/16663
Muthanna, T. 2007. Bioretention as a Sustainable Stormwater Management Option in Cold Climates. [Verkkodokumentti]. Doctoral thesis. Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet. [Viitattu 25.2.2018]. Saatavissa: https://brage.bibsys.no/xmlui/handle/11250/242064
Rakennustietosäätiö. 2017. RTS 17:27 Hulevesirakenteet. Opas. [Viitattu 5.2.2018]. Saatavissa: https://www.rakennustieto.fi/material/attachments/5fIPeDhrH/EapGeFOfj/Hulevesirakenteet_-Taitto_.pdf
Sänkiaho, L. & Sillanpää, N. (toim.) 2012. Stormwater-hankkeen loppuraportti. Taajamien hulevesihaasteiden ratkaisut ja liiketoimintamahdollisuudet. [Verkkodokumentti]. Aalto-yliopiston julkaisusarja Tiede+Teknologia 4/2012. [Viitattu 5.2.2018]. Saatavissa: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/3639
Valtanen, M., Sillanpää, N., Hätinen, N. & Setälä, H. 2010. Hulevesien imeyttäminen ja suodattaminen: haitta-aineet ja menetelmät. [Verkkodokumentti]. Stormwater-hanke, kirjallisuusselvitys. [Viitattu 10.2.2018]. Saatavissa: https://tuhat.helsinki.fi/portal/fi/publications/hulevesien-imeyttam(122caad8-937e-401a-b56d-db80049caee9).html
Wendling, L., Loimula, K., Korkealaakso, J., Kuosa, H., Iitti, H. & Holt, E. 2017. StormFilter Material Testing Summary Report – Performance of stormwater filtration systems. [Verkkodokumentti]. VTT Stormfilter raportit. [Viitattu 20.2.2018]. Saatavissa: https://www.vtt.fi/sites/stormfilter/Documents/VTT_R_05980_17.pdf
Kirjoittajat
Tomi Kirjokivi, opiskellut Lahden ammattikorkeakoulussa tekniikan alalla ja valmistuu Energia- ja ympäristötekniikan insinööriksi (AMK) kesällä 2018.
Pia Haapea työskentelee Lahden ammattikorkeakoulussa energia- ja ympäristötekniikan yliopettajana.
Artikkelikuva: Viherpainanne Meiramitiellä. Ilmastonkestävän kaupungin suunnitteluopas. [Viitattu 18.5.2018]. Saatavissa: http://ilmastotyokalut.fi/hulevesien-hallinta/hulevesien-hallintarakenteet/
Julkaistu 23.5.2018
Viittausohje
Kirjokivi, T. & Haapea, P. 2018. Hulevesien paikallinen käsittely biosuodattamalla. LAMK Pro. [Verkkolehti]. [Viitattu pvm]. Saatavissa: http://www.lamkpub.fi/2018/05/23/hulevesien-paikallinen-kasittely-biosuodattamalla
