Puhdistamolietteen sisältämien orgaanisten haitta-aineiden käyttäytyminen suomalaisilla maatalousmailla

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20180115168
Title: Puhdistamolietteen sisältämien orgaanisten haitta-aineiden käyttäytyminen suomalaisilla maatalousmailla
Author: Äystö, Lauri
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Environmental Sciences
Thesis level: master's thesis
Abstract: Sewage treatment plants produce circa 150 000 dry tons of sewage sludge in Finland each year. Sewage sludge contains a great amount of organic matter and nutrients but also a wide variety of harmful substances such as persistent organic pollutants and pharmaceuticals. Sewage sludge is waste material that must be properly disposed of. While more efforts are made to close nutrient cycles, the use of sewage sludge in agriculture has become a more attractive option also in Finland. In this study it was assessed whether or not organic contaminants present in sewage sludge may prove to be a problem for sludge applications in Finnish agriculture. The study was performed using mathematical models and data collected from literature. 34 different organic contaminants were selected and their accumulation into agricultural soil was simulated assuming that sludge was applied yearly. In addition, leaching was simulated for seven of the compounds. The simulated concentrations in soil and drain water were compared to predicted no effect concentrations (PNEC) given for each compound. Compound-specific data on each substances' behavior in soil environment and concentrations in sewage sludge was collected from literature. Because the data given in different sources varied, simulations were run for each compound using combinations of different values. For each compound 3–23 simulations were run. Simulations were performed with two models developed for simulating pesticide behavior in agricultural soils, PECsoil-calculator and MACRO 5.2. Finnish data on weather and soil properties were used in the simulations. For many compounds the simulated concentrations in soil and water were in the range of concentrations measured in field trials. According to the simulations, the most problematic compounds present in sludge are triclosan, 17α-ethinylestradiol, ibuprofen and carbamazepine. Triclosan and 17α-ethinylestradiol were the only compounds that exceeded their PNECsoil-values. Persistent organic pollutants such as PFAS- and PBDE-compounds accumulated into the soil very efficiently but did not exceed their PNECsoil-values. Leaching to sub-surface drains and below them was a significant end-point for carbamazepine and ibuprofen. These compounds did not exceed their PNECwater-values. However, the highest yearly average concentration in drain water simulated for ibuprofen exceeded the environmental quality standard proposed for it. The peak concentration in drain water simulated for triclosan was circa 70 times higher than its PNECwater-value. The compound-specific values used in the simulations contained a lot of variation. This increases the uncertainty of the results. However, the simulations demonstrate that based on current knowledge the agricultural use of sewage sludge may in some extreme cases cause harm for the environment.Jätevedenpuhdistusprosesseissa syntyy Suomessa vuosittain n. 150 000 kuivatonnia lietettä. Jätevesilietteeseen sitoutuu runsaasti orgaanista ainesta ja ravinteita mutta myös mahdollisesti laaja kirjo erilaisia haitallisia aineita aina pysyvistä orgaanisista yhdisteistä lääkeaineisiin. Puhdistamoliete on jätettä, josta täytyy hankkiutua jollain tapaa eroon. Pyrittäessä suljettuihin ravinnekiertoihin on mielenkiinto puhdistamolietteen maatalouskäytön lisäämiseksi kasvanut myös Suomessa. Tässä tutkimuksessa selvitettiin matemaattisten mallien avulla, voivatko lietteen sisältämät orgaaniset haitta-aineet muodostua Suomessa ongelmaksi lietteen maatalouskäytölle. Työssä simuloitiin kirjallisuudesta valittujen 34:n orgaanisen yhdisteen kertyvyyttä maaperään, kun lietettä levitetään vuosittain suomalaisen lannoitelainsäädännön rajoissa. Lisäksi seitsemälle yhdisteelle simuloitiin huuhtoutumista maaprofiilissa. Tuloksia verrattiin kirjallisuudessa kullekin yhdisteelle ilmoitettuun haitattomaksi arvioituun pitoisuustasoon (PNEC). Mallinnuksissa käytetyt lähtöarvot kerättiin kirjallisuudesta. Eri lähteissä ilmoitettujen lähtöarvojen vaihtelevuuden takia kullekin yhdisteelle ajettiin simulaatioita käyttäen eri lähtöarvojen yhdistelmiä. Kutakin yhdistettä kohti kertyi 3–23 simulaatiota. Mallintamiseen käytettiin kasvinsuojeluaineille kehitettyä PECsoil-laskuria, MACRO 5.2. huuhtoumamallia sekä suomalaista sää- ja maaperäaineistoa. Simuloidut pitoisuudet eri ympäristön osissa ovat monien yhdisteiden osalta samaa suuruusluokkaa kuin kenttäkokeissa havaitut. Suoritettujen simulaatioiden perusteella ongelmallisimpia lietteessä esiintyviä yhdisteitä ovat triklosaani, 17α-etinyyliestradioli, ibuprofeeni sekä karbamatsepiini. Vain triklosaani ja 17α-etinyyliestradioli ylittivät niille ilmoitetut PNECsoil-tasot. Myös pysyvät orgaaniset yhdisteet, kuten PFAS- ja PBDE-yhdisteet kertyivät maaperään hyvin tehokkaasti kuitenkaan ylittämättä niille ilmoitettuja haitattomaksi arvioituja pitoisuutasoja. Huuhtoutuminen oli merkittävintä karbamatsepiinille ja ibuprofeenille. PNEC-tasoon suhteutettuna triklosaanin pitoisuus salaojavedessä oli kuitenkin korkein. Triklosaani ylitti sille ilmoitetun PNEC-tason korkeimmillaan n. 90-kertaisesti. Ibuprofeenille mallinnettu yhdistepitoisuuden korkein vuosikeskiarvo salaojavedessä puolestaan ylitti yhdisteelle ehdotetun ympäristönlaatunormin n. 70-kertaisesti. Käytetyissä lähtöarvoissa oli hyvin suuria vaihteluita, mikä lisäsi tulosten epävarmuutta. Lisäksi yhdisteiden mahdollista haittaa voitiin tarkastella kerrallaan vain yksittäisille yhdisteille, eikä mahdollisia yhteisvaikutuksia voitu ottaa huomioon. Tässä työssä suoritetut mallinnukset kuitenkin osoittavat, että nykytietämyksen perusteella jätevesilietteen käyttö maanparannusaineena saattaa tietyissä ääritapauksissa aiheuttaa haittaa ympäristölle.
URI: URN:NBN:fi-fe20180115168
http://hdl.handle.net/10138/43222
Date: 2014
Subject: sewage sludge
nutrient recycling
organic contaminants
puhdistamoliete
ravinteiden kierrätys
orgaaniset haitalliset aineet
Discipline: Environmental Protection Science
Ympäristönsuojelutiede
Miljövårdsvetenskap


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Gradu_Aysto.pdf 3.150Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record