Lyhytosoite: http://syke.fi/hankkeet/midas
Videolla SYKEn kehittämispäällikkö Taina Nystén kertoo muun muassa tiesuolauksen pohjavesivaikutuksista, vaihtoehtoisista liukkaudentorjunta-aineista ja niiden käytön kustannuksista.
Tutkimuksen tausta
Arviolta noin 70 % suomalaisista saa juomavetensä pohjavedestä. Suomen vedenhankinnan kannalta tärkeitä pohjavesialueita (luokka I) on yhteensä 2226 aluetta ja näistä noin 24 %:lla (528 kpl) kulkee suolattavia Is-, I ja Ib-hoitoluokan teitä. Sekä Suomessa että muualla maailmassa liukkaudentorjunta on liannut pohjavesiä. Liukkaudentorjunta-aineiden aiheuttamia haittoja pohjavedelle ovat mm. raskasmetallien liukeneminen, kemikaalijäämät ja orgaanisten aineiden käytöstä aiheutuva veden happikato seurannaisvaikutuksineen (esimerkiksi pohjaveden liukoisen raudan pitoisuuden nousu). Pohjaveden korkea kloridipitoisuus voi lisäksi aiheuttaa esimerkiksi vesijohtoverkostojen korroosiota. Ympäristönsuojelulain mukaan pohjavettä ei saa pilata. Liukkaudentorjunnasta ei voida kuitenkaan luopua liikenneturvallisuuden ylläpitämiseksi. Liukkaudentorjuntaan tulee etsiä ratkaisuja, joilla teiden suolauksen pohjavesihaitat voitaisiin minimoida ilman että liikenneturvallisuus heikkenee.
Perinteisen tiesuolan (natriumkloridi eli ruokasuola) asemesta voidaan käyttää esimerkiksi muita kloridisuoloja (esimerkiksi kalsiumkloridi tai magnesiumkloridi) tai orgaanisia suoloja, kuten muurahaishapon ja etikkahapon suolat (esimerkiksi kaliumformiaatti, kaliumasetaatti ja kalsiummagnesiumasetaatti). Orgaanisten liukkaudentorjunta-aineiden käytön pohjavesi- tai muista ympäristövaikutuksista ei kuitenkaan ole ollut saatavissa tietoa. Vertailevaa tutkimusta eri liukkaudentorjunta-aineiden pohjavesivaikutuksista ei myöskään ollut tehty Suomessa tai muualla maailmassa.
Vaihtoehtoisten liukkaudentorjunta-aineiden ja niiden pohjavesivaikutusten tutkimus käynnistettiin SYKEssä vuonna 1998 6-vuotisessa MIDAS-hankkeessa (Migration of alternative de-icing chemicals in aquifers). Kaliumformiaatin kulkeutumista ja hajoamista maaperässä ja pohjavedessä ja kemikaalin pitkäaikaiskäytön vaikutuksia pohjaveteen selvitettiin vuosina 2004-2010 MIDAS2-jatkohankkeessa.
Tutkimukset laboratoriomittakaavassa ja hiekkasuodattimissa (1998-2001)
MIDAS- ja MIDAS2-tutkimusten tavoitteena oli löytää kemikaali, joka soveltuu liukkaudentorjuntaan ja kuormittaa pohjavesiä mahdollisimman vähän. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa (vuosina 1998-2001) verrattiin kuuden eri liukkaudentorjuntakemikaalin (natriumkloridi, kalsiumkloridi, magnesiumkloridi, kalsiummagnesiumasetaatti, kaliumformiaatti ja kaliumasetaatti) mahdollisia pohjavesivaikutuksia pilot-mittakaavan maasuodatinpylväissä (kuva 1) (Hellstén ja Nystén 2003). Tässä tutkimuksessa kaliumformiaatti osoittautui parhaaksi vaihtoehtoiseksi liukkaudentorjuntakemikaaliksi, sillä:
- Kaliumformiaatti ei sisällä pohjavesihaittoja aiheuttavaa kloridia
- Kaliumformiaatin aiheuttama raskasmetallien liukeneminen maapylväiden läpi suotautuneeseen veteen oli vähäisempää kuin kloridisuolojen aiheuttama raskasmetallien liukeneminen. (Hellstén ja Nystén 2003)
- Formiaatti hajosi 4 m korkeassa maasuodatinpylväässä 3-6 oC lämpötilassa. Formiaatin hajoaminen kiihtyi 3 viikon kuluttua kokeen aloittamisesta. (Hellstén ja Nystén 2003)
Kaliumformiaatin hajotessaan aiheuttama hapenkulutus maapylväissä oli myös merkittävästi vähäisempi kuin asetaattisuolojen aiheuttama hapenkulutus. (Hellstén ja Nystén 2003)
Maasuodatinpylväskokeissa havaittiin myös, että maannoskerros nopeutti orgaanisten liukkaudentorjuntakemikaalien hajoamista merkittävästi. (Hellstén ja Nystén 2003)
Kuva 1. Suodattimien rakenne laboratoriokokeissa.
Tutkimusta jatkettiin todellisia ympäristöolosuhteita simuloivalla lysimetrikokeella Oripäänharjulla (Oripään kunnassa). Lysimetri on maa-aineksella täytetty astia, jonka pohjalta voidaan kerätä vesinäyte lysimetrin läpi suotautuvasta vedestä. Tutkimuksessa käytettiin vuonna 1972 rakennettua, 1,7 m syvää lysimetriä, jonka pintakasvillisuus vastasi alueen luonnontilaista kasvillisuutta. Lysimetrin pinnalle kaadettiin formiaattiliuosta ja läpisuotautuneen veden kemiallista laatua seurattiin kokeen aikana (Hellstén ym. 2005b). Kaliumformiaatin biologinen hajoaminen osoittautui nopeaksi myös lysimetrikokeessa (Hellstén ym. 2005b).
MIDAS-hankkeen yhteydessä tehtiin myös muita osatutkimuksia, joiden sisältö ja keskeiset tulokset ovat seuraavat:
Liukkaudentorjuntakemikaalien (NaCl, MgCl2, kaliumformiaatti ja -asetaatti sekä kalsium-magnesium-asetaatti) toksisuutta kasveille tutkittiin ekotoksikologisten laboratoriomenetelmiä käyttämällä (Joutti ym. 2003). Orgaaniset liukkaudentorjuntakemikaalit osoittautuivat toksisemmiksi kuin kloridisuolat (Joutti ym. 2003). Orgaanisten liukkaudentorjuntakemikaalien toksisuutta vähentää voimakkaasti yhdisteiden nopea biohajoaminen kasveille haitattomampaan muotoon (Hellstén ja Nystén 2003)
Liukkaudentorjuntakemikaalien aiheuttamia haju- ja makuhaittoja juomavedessä testattiin aistinvaraisin menetelmin (Kivelä ym. 2003). Orgaanisten liukkaudentorjuntakemikaalien makukynnys oli merkittävästi korkeampi kuin natriumkloridin kynnys ja niiden hajukynnys on merkittävästi hajukynnystä korkeampi (Kivelä ym. 2003).
Tutkimukset todellisissa tie- ja maasto-olosuhteissa (2002-2010)
Todellisissa tie- ja maasto-olosuhteissa tehtyjen tutkimusten tavoitteena oli selvittää kaliumformiaatin vaikutuksia pohjaveden laatuun ja aineen soveltuvuutta teillä tapahtuvaan liukkaudentorjuntaan.
Kaliumformiaatin käyttö ainoana liukkaudentorjuntakemikaalina aloitettiin koeluontoisesti lokakuussa 2002 1,7 km pituisella tieosuudella valtatie 13:lla entisessä Suomenniemen kunnassa (nykyisin Mikkeli) sijaitsevan Kauriansalmen pohjavesialueen kohdalla (kuvat 2 ja 3). Tätä ennen, 70-luvun lopulta kevääseen 2002 saakka, tieosuudella käytettiin perinteistä tiesuolaa (natriumkloridi).
Vuodesta 2004 alkaen kaliumformiaattia on käytetty perinteisen tiesuolan asemesta ensimmäisten koekohteiden joukossa myös Taavetin pohjavesialueella Luumäellä (valtatiet 6 ja 26), Jaamankankaan pohjavesialuella Kontiolahdella (valtatie 6) ja Lintharjun pohjavesialueella Suonenjoella (valtatie 9). Sittemmin kaliumformiaatti on otettu käyttöön mm. Honkalammen pohjavesialueella Lapinlahdella (valtatie 5), Haminamäki-Humpin, Kärängänmäen, ja Pajujärven pohjavesialueilla Lapinlahdella (valtatie 5). Tiekohteiden lisäksi formiaatti- ja asetaattipohjaisia liukkaudentorjunta-aineita käytetään Suomen 25:lla lentokentällä.
MIDAS- ja MIDAS2-hankkeiden tutkimukset ovat keskittyneet Kauriansalmen pohjavesialueelle, jossa on tutkittu formiaatin kulkeutumista ja biohajoamista maaperässä, pohjavedessä ja pintavedessä. Alueen pohjaveden laatua, mukaan lukien kloridipitoisuus, on seurattu vuosina 2002-2013 yhteensä 20 pohjaveden havaintoputkessa. Lisäksi Elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskukset (ent. Tiehallinto) ovat hankkineet kokemusta kaliumformiaatin soveltuvuudesta liukkaudentorjunta-ainekäytöön koekohteissa. Tutkimuksen keskeiset tulokset ovat:
- Kaliumformiaattia käytettiin Kauriansalmen pohjavesialueella ainoana liukkaudentorjuntakemikaalina vuosina 2002–2009. Formiaattia ei päätynyt tutkimusalueen pohjaveteen tuona aikana (Hellstén ym. 2004, Salminen ym. 2010).
- Formiaatti hajoaa ympäristössä nopeasti hiilidioksidiksi ja vedeksi. Maaperässä alhaisissakin lämpötiloissa (-2 oC… +1 oC) tapahtuva nopea mikrobiologinen hajoaminen estää formiaatin päätymisen pohjaveteen. Myös pintavesissä formiaatin biohajoaminen on nopeaa, joten formiaatin käyttö liukkaudentorjunnassa aiheuttaa vain vähäistä orgaanisen aineen kuormitusta vesistöihin. (Hellstén ym. 2004)
- Runsaasti orgaanista ainesta sisältävä mikrobiologisesti aktiivinen maaperän pintakerros (joko luonnon oma maannos tai rakennettu nurmetus tms.) on formiaatin hajoamisen kannalta ensiarvoisen tärkeä. Tällöin hiekkaisessa maaperässä 1–2 m paksuinen pohjaveden pinnan yläpuolinen kyllästymätön vyöhyke on riittävä. Mikäli alueella (tienpientareet tms.), johon formiaattipitoista vettä päätyy, ei ole orgaanista ainesta sisältävää pintakerrosta ja maaperä on karkearakeista, kyllästymättömän vyöhykkeen tulee olla huomattavasti paksumpi (> 4 m). (Hellstén ym. 2004, Salminen ym. 2010)
Keskeiset johtopäätökset ja tulosten sovellettavuus
- Kaliumformiaatti soveltuu hyvin liukkaudentorjuntaan tie- ja lentokenttäolosuhteissa. Kaliumformiaatin etuja natriumkloridiin verrattuna on sen tehokkuus mustan jään aiheuttaman liukkauden torjunnassa ja vähäisempi suolasumun muodostuminen liikenteessä. Polanteen poistamiseen kaliumformiaatin soveltuu natriumkloridia huonommin.
- Kaliumformiaattia suositellaan käytettäväksi liukkaudentorjuntaan erityisesti tieosuuksilla, jotka sijaitsevat tärkeillä pohjavesialueilla, joilla suolaantumisriski on suuri, ja lentokentillä kun liukkaudentorjunnan pinta- ja pohjavesivaikutuksia halutaan vähentää.
- Kaliumformiaatin käytöllä voidaan merkittävästi vähentää talvihoidon pohjavesivaikutuksia. Jatkossa on suositeltavaa kiinnittää huomiota käytäntöihin, ratkaisuihin ja osaamiseen, joiden avulla kaliumformiaattia voidaan käyttää kustannustehokkaasti. Natriumkloridia voidaan yhä käyttää kaliumformiaatin rinnalla vähäisessä määrin myös pohjavesialueilla esimerkiksi polanteen poistoon.
- Talvihoidon kokonaiskustannusten arvioidaan nousevan 5–10 prosenttia, mikäli kaikilla vedenhankinnan kannalta tärkeäksi luokitelluilla pohjavesialueilla sijaitsevilla suolattavilla teillä siirryttäisiin kaliumformiaatin käyttöön. Näitä teitä on yhteensä noin 800 km.
Tuloksia voidaan soveltaa sekä valittaessa liukkaudentorjuntaan markkinoilla jo olevia tuotteita että kehitettäessä nykyistä ympäristöystävällisempiä liukkaudentorjunta-aineita. Tieto on sovellettavissa pääasiassa muissa Suomen kaltaisissa hydrogeologisissa olosuhteissa, kuten muissa Pohjoismaissa ja Pohjois-Amerikassa. Kaliumformiaatin käytössä huomioitavia seikkoja on selitetty tarkemmin muistilistalla:
Kuva 2. Entisen Suomenniemen (nykyisin Mikkeli) Kauriansalmen pohjavesialue
Kuva 3. Pohjaveden havaintopaikkojen sijainti Kauriansalmen pohjavesialueella.
Projektiorganisaatio
Suomen ympäristökeskuksen yhteistyökumppaneita tutkimuksessa ovat tutkimuksen eri vaiheissa olleet Liikennevirasto (aik. Tiehallinto), Finavia, Kuntaliitto, Kemira Oyj, Uudenmaan elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus (aik. Uudenmaan ympäristökeskus), Turun yliopisto ja Vesi- ja viemärilaitosyhdistys, Terveyden- ja hyvinvoinnin laitos, Ympäristöterveys (aik.Kansanterveyslaitos) ja Geologian tutkimuskeskus.
Lisätietoja
MIDAS-projektin päätutkija, TkT Jani Salminen, Suomen ympäristökeskus (SYKE), etunimi.sukunimi@syke.fi
MIDAS-hankkeen vastuullinen johtaja, FT Taina Nystén, Suomen ympäristökeskus (SYKE), etunimi.sukunimi@syke.fi
