Abstract

Water in the coastal areas of Ostrobothnia typically contains high levels of humus, iron and manganese. Organic matter and iron contained in groundwater form compounds that make water treatment more difficult. The treatment process of such water usually resembles that used in a traditional chemical water treatment plant. This kind of chemical treatment process is, however, an expensive alternative in view of the resources of a small or a medium-sized treatment plant. The aim of this research was to find out whether ozonation and oxidation with hydrogen peroxide can be used for the treatment of water containing high amounts of organic matter.

Ozone is rather widely used in surface water plants for the final treatment of water. The most common applications include the disinfection and oxidation of substances that cause unpleasant taste and odour in water. This research deals with the use of ozone for the treatment of groundwater containing iron and manganese. Since ozone is a powerful oxidizer, it is able to oxidize iron and manganese contained in water into an insoluble form. Also a noticeable amount of organic matter is precipitated in the same process. However, in some of the researched cases the precipitate was so fine that it was impossible to separate it with traditional methods. A combination of ozonation and microfiltration proved to be a successful form of treatment when dealing with this type of water. Ozonation increased the AOC of water in all of the researched cases.

The content of bromide is reasonably low in Finnish groundwater. The median measured in coastal Northern Ostrobothnia was 0.025 mgl⁻¹. With the used ozone dosage, the bromate formed in the process stayed below the limit value of 10 μgl⁻¹. Therefore it can be stated that the formation of bromate does not hinder ozone treatment from becoming a more common form of water treatment in Finland. However, the formation of bromate must be taken into consideration, especially if ozonation is made in hig pH.

Hydrogen peroxide can be used as an alternative chemical in the oxidation and precipitation processes of iron in groundwater. The chemical is used for the oxidation of iron before filtration. If the formed precipitate is fine, microfiltration or flocking chemical can be used to remove the precipitate.

Tiivistelmä

Pohjanmaan rannikkoseudun pohjavesille on tyypillistä korkeat rauta- ja mangaanipitoisuudet yhdistettynä suureen humuspitoisuuteen. Orgaaninen aine muodostaa pohjaveden raudan kanssa yhdisteitä, jotka vaikeuttavat vedenkäsittelyn toimintaa. Kyseisten vesien käsittely lähestyy yleensä perinteistä kemiallista pintavesilaitosta. Kuitenkin pienten ja keskisuurten vesilaitosten resursseihin nähden täydellinen kemiallinen käsittely on kallis vaihtoehto. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää otsonoinnin ja vetyperoksidihapetuksen käyttökelpoisuutta näiden runsaasti orgaanista ainetta sisältävien vesien käsittelyssä.

Otsonoinnin yleisimmät sovellutukset ovat hajua ja makua aiheuttavien aineiden hapettaminen ja desinfiointi. Tässä tutkimuksessa selvitettiin otsonin käyttöä rauta- ja mangaanipitoisten pohjavesien käsittelyssä. Otsoni saa voimakkaana hapettimena vedessä olevan raudan ja mangaanin hapettumaan ei liukoiseen muotoon. Samalla kerasaostui huomattava määrä orgaanista ainetta. Kuitenkin muodostuva sakka on joissain tapauksissa niin hienojakoista, että sen erottaminen perinteisin menetelmin on mahdotonta. Näiden ns. ongelmavesien käsittelyssä saatiin hyviä tuloksia otsonoinnin ja mikrosuodatuksen yhdistelmällä. Otsonointi nosti huomattavasti kaikkien tutkittujen vesien AOC-pitoisuutta.

Bromidipitoisuudet suomen pohjavesissä olivat kohtuullisia. Pohjanmaan rannikkoseudun pohjavesien bromidipitoisuuksien mediaani oli 0,025 mgl⁻¹. Kaikilla vesillä käytännön otsoniannostuksilla syntyvät bromaattimäärät alittivat 10 μgl⁻¹ raja-arvon. Bromaattiongelma ei ole este otsonikäsittelyn yleistymiselle Suomessa. Se on kuitenkin tiedostettava, varsinkin, jos otsonointi tehdään korkeassa pH:ssa.

Vetyperoksidi on vaihtoehtoinen kemikaali pohjaveden raudan hapettamiseen ja saostamiseen. Vetyperoksidia voidaan käyttää raudan saostamiseen ennen suodatusta. Mikäli muodostuva sakka on hienojakoista, voidaan sakanerotus tehdä mikrosuodatuksella tai käyttää hyväksi flokkauskemikaaleja.