prosessi- ja ympäristötekniikan perusta ii pilaantuneen
PROSESSI- JA YMPÄRISTÖTEKNIIKAN PERUSTA II PILAANTUNEEN MAAPERÄN JA POHJAVEDEN KUNNOSTAMINEN KAUKO KUJALA Prof. Maa- ja pohjarakennustekniikka Vesi- ja ympäristötekniikan laboratorio 1 MITEN MAAPERÄ LIITTYY YMPÄRISTÖTEKNIIKKAAN? GEOYMPÄRISTÖTEKNIIKKA 4 2 JÄTE 3 1 5 1. HAITTA-AINEIDEN KULKEUTUMINEN 2. PILAANTUNEET MAAT 3. TEOLLISUUDEN SIVUTUOTTEIDEN HYÖTYKÄYTTÖ 4. JÄTEALUEET 5. SUUNNITTELU, MITOITUS JA RAKENTENTAMINEN 2 TURVALLINEN ELINTARVIKETUOTANTO PUHDAS POHJAVESI MAAPERÄ TERVEELLINEN ASUINYMPÄRISTÖ MAA- JA KALLIOPERÄ RAKENTAMISEN RAAKA-AINEET TEOLLISUUTEEN RAAKA-AINEITA 3 MAA ON KOLMESSA OLOMUODOSSA OLEVA VÄLIAINE MAAPERÄ MUODOSTAA SEOSKONTINUUMIN JOTA VOIDAAN TARKASTELLA: * FYSIKAALISENA VÄLIAINEENA * KEMIALLISENA VÄLIAINEENA * BIOLOGISENA VÄLIAINEENA Potsolimaannos Ilma Vesi Kiinteä aines 4 MAAPERÄN MERKITYS MAATALOUDESSA JA ELINTAVIKETUOTANNOSSA FAO: VUOSI 2015 KANSAINVÄLINEN MAAPERÄVUOSI http://www.soilsforlife.org.au/international-year-of-soils-2015 5 SULFAATTIMAAT AIHEUTTAVAT YMPÄRISTÖONGELMIA Rannikkoseudun happamat sulfaattimaat ovat yksi Suomen suurimmista ympäristöongelmista Metallipäästöt happamista sulfaattimaista vesistöihin ylittävät Suomen koko teollisuuden päästöt. Tällaisia metalleja ovat muun muassa alumiini, mangaani, kadmium, koboltti, kupari, sinkki ja nikkeli. Sulfidisaviprofiili http://fi.gtk.fi/export/sites/fi/ 6 MAA-AINESTENOTTO JA SEN VAIKUTUS POHJAVESIIN Ympäristöopas 85. Ympäristöministeriö 2001. Maa-ainesten ottaminen ja ottamisalueiden jälkihoito 7 PINTAKERROS SUOJAA POHJAVETTÄ MAISEMOIDUT MAA-AINESTEN OTTOPAIKAT SULAUTUVAT MYÖS HYVIN MAASTOON ALUEITA VOIDAAN MYÖS KÄYTTÄÄ LIIKUNTAPAIKKOINA Ympäristöopas 85. Ympäristöministeriö 2001. Maa-ainesten ottaminen ja ottamisalueiden jälkihoito Elokuussa 1998 Haukiputaalla kampylobakteerien kontaminoima juomavesi sairastutti 2200 henkilöä (M. Haveri Kampylobakteerien eristäminen vesinäytteistä. Helsingin yliopisto1999) 8 PILAANTUNUT MAAPERÄ MITÄ MAAPERÄN PILAANTUMINEN ON? Pilaantumisesta on kysymys, kun maassa on ihmisen toiminnan jäljiltä terveydelle tai ympäristölle vahingollista ainetta MIKÄ PILAA MAAPERÄÄ? Maaperää pilaavat haitalliset tai myrkylliset aineet ja kemikaalit, jotka joutuvat ympäristöön liian suurina määrinä tai pitoisuuksina MITÄ HAITTOJA? Maaperän pilaantuminen aiheuttaa haittaa tai vaaraa ympäristölle tai terveydelle (ekologinen riski, terveysriski) 9 PILAANTUNEET MAAT EUROOPASSA Euroopassa noin 3 miljoonaa potentiaalisesti pilaantunutta maa-aluetta, jotka edellyttävät tarkempia tutkimuksia PILAANTUNEET MAAT 10 PILAANTUNEIDEN MAIDEN LUKUMÄÄRÄ 1000 ASUKASTA KOHDEN 11 MITKÄ AINEET JA YHDISTEET PILAAVAT MAAPERÄÄ JA POHJAVETTÄ 12 PILAANTUNEET MAAT SUOMESSA • 1970-luvulla lähinnä pohjaveden pilaantumisongelmat • 1980 –luvulla aloitettiin pilaantuneiden maiden kartoitus (SAMASE –kartoitus) • 1990 –luvulla kunnostusten aloitus, menetelmät yleistyvät ja kehittyvät • 2000 –luvulla lainsäädännön kehitys, toiminta vakiintuu 13 Kunnostettujen kohteiden määrä Suomessa - Suomesta kartoitettu yli 23 000 pilaantuneeksi epäiltyä maa-aluetta - Kunnostettuja kohteita noin 5100 (kunnostustoimenpiteitä 6700) -Tutkimisesta ja kunnostamisesta arvioidaan syntyvän noin 4 miljardin euron kustannukset - Noin 60 % kustannuksista maksaa pilaaja ja alueen haltija 14 PILAANTUMISTA AIHEUTTAVAT AINEET Kuvan lähde: www.ymparisto.fi 15 16 HAITTA-AINEEN LEVIÄMINEN ILMASSA HAITTA-AINE KULKEUTUU MAAPERÄVÄLIAINEESSA HAITTA-AINE LEVIÄÄ MAAPERÄSSÄ POHJAVEDEN YLÄPUOLELLA ILMAN JA VEDEN VÄLITYKSELLÄ HAITTA-AINEEN LEVIÄMINEN MAAPERÄSSÄ POHJAVEDEN ALAPUOLELLA VEDEN VÄLITYKSELLÄ MAAPERÄSSÄ KULKEUTUMISMUOTOJA • ADVEKTIO • DISPERSIO • DIFFFUUSIO • SORPTIO http://simmakers.com/environmental-modeling/ 17 Haitta-aineen kulkeutuminen Jatkuva päästölähde t 0 t1 t2 t3 Pistemäinen, hetkellinen päästö t0 t1 t2 t3 18 ORGAANISEN HAITTA-AINEEN KÄYTTÄYTYMINEN MAAPERÄSSÄ Sadeveden imeytyminen Haihtuminen ilmakehään Haihtuminen maaperän huokostilaan Pidättyminen huokosvedestä maaperän orgaaniseen aineeseen Haitallista ainetta vuotava säiliö Diffuusio Liukeneminen huokosveteen Kulkeutuminen painovoiman vaikutuksesta Biohajoaminen Kapillaarikerros GW Liukeneminen pohjaveteen/ kulkeutuminen syvemmälle Pohjaveden virtaussuunta Kulkeutuminen pohjaveden mukana 19 HAITTA-AINEET JA NIIDEN OMINAISUUDET • LIUKOISUUS • OMINAISTIHEYS • OKTANOLI/VESI –JAKAANTUMISKERROIN • HENRYN LAIN KERROIN • ADSORPTIOKAPASITEETTI • BIOHAJOAVUUS 20 LNAPL DNAPL Pohjaveteen liukeneva LNAPL Pohjaveteen liukeneva DNAPL LNAPL LIGHT NON –AQUEOUS PHASE LIQUID DNAPL DENSE NON –AQUEOUS PHASE LIQUID Tiheys < 1 g/cm3 Tiheys >1 g/cm3 Benzene Toluene p-Xylene Carbon tetrachloride Trichloroethylene Tetrachloroethylene Phenol 21 MITEN MAAPERÄN PILAANTUNEISUUTTA ARVIOIDAAN? Maaperän pilaantuneisuuden ja puhdistustarpeen arvioinnissa noudatetaan valtioneuvoston asetusta 214/2007 (PIMA-asetus). Valtioneuvoston asetus maaperän pilaantuneisuuden ja puhdistustarpeen arvioinnista VNa 214/2007 (PIMA-asetus) 1 § Soveltamisala 2 § Pilaantuneisuuden ja puhdistustarpeen arviointi 3 § Kynnysarvojen soveltaminen 4 § Ohjearvojen soveltaminen 5 § Pilaantuneisuuden ja taustapitoisuuden selvittäminen 6 § Voimaantulo Liite MAAPERÄN HAITALLISTEN AINEIDEN PITOISUUKSIEN KYNNYS- JA OHJEARVOT 22 VNa 214/2007 ns. PIMA-asetus PILAANTUNUT MAA < Kynnysarvo Pilaantumaton maa-aines < Alempi ohjearvo > Alempi ohjearvo Pilaantunut Pilaantumaton maa-aines, jossa kohonneita haitta-ainepitoisuuksia maa-aines 23 Valtioneuvoston asetus 214/2007 Kynnys- ja ohjearvo on annettu sellaisille haitta-aineille, jotka arvioitiin maaperänsuojelun kannalta tärkeiksi. Haitta-aineiden valinnassa käytettiin seuraavia kriteereitä: • ainetta käytetään tai on käytetty Suomessa merkittäviä määriä •ainetta havaitaan toistuvasti pilaantuneeksi epäiltyjen alueiden tutkimuksissa •aineen toksisuudesta ja ympäristökäyttäytymisestä on saatavissa riittävästi luotettavaa tietoa. 24 PILAANTUNEIDEN MAIDEN VAIKUTUKSIA VOIDAAN ARVIOIDA RISKINARVIOINNIN AVULLA Riskin muodostuminen: päästölähde ® reitti ® kohde 25 PILAANTUNEEN MAAN RISKINARVIOINTI Ensisijainen päästölähde Leviämismekanismit Leviämisreitti Sekundäär. Altistumismekanismit leviämisreitti maansyönti Eroosio, kulk. huokosissa, eliöiden välityksellä maaperä ravintokasvien käyttö ihokontakti kasvit Ampumarataalueen maaperä ihokontakti suotautuminen ilma pölyn/haihtuvien aineiden hengittäminen Pölyäminen/ haihtuminen pintavesi/ sedimentti ei altistusreittejä Pintavalunta juomaveden käyttö pohjavesi ihokontakti haihtuvien aineiden hengittäminen Jaana Sorvari RiskinarviointiPilaantuneet maa-alueet (PIMA) Teollisuuden ”sivutuotteet” 26 HYVÄN KUNNOSTUSKÄYTÄNNÖN TUNNUSMERKKEJÄ • Kunnostushanke toteutetaan siten, että päästään lupaehtojen mukaiseen laatutasoon • Käsitellyt maa-ainekset täyttävät tulevan sijoituskohteen asettamat vaatimukset • Käsittelyprosessi ei aiheuta haittaa ympäristölle -haitta-aineiden leviäminen estetään -päästöt käsitellään ja sijoitetaan hallitusti -työntekijöiden terveys turvataan • Käytetään parasta käyttökelpoista tekniikkaa (BAT) ja menetelmän valinnassa otetaan huomioon kokonaisvaikutukset ympäristöön 27 MITEN PILAANTUNUTTA MAAPERÄÄ KUNNOSTETAAN? Kunnostusmenetelmät • mikrobiologinen käsittely (kompostointi) • poltto ja muut termiset menetelmät • maaperän pesu • huokosilmapuhdistus •Haitta-aineen leviämisen estäminen • stabilointi • eristäminen • poltto in situ (vitrifikaatio) •Kaatopaikkasijoittaminen 28 Kunnostusmenetelmien jaottelu a) Käsittelypaikan mukainen jaottelu • Alkuperäisellä paikalla maaperässä (in situ). Pilaantunutta maata ei kaiveta tai siirretä pois, vaan käsittellään haitattomaksi alkuperäisellä paikalla • Välittömässä läheisyydessa (on site). Pilaantuneet maat kaivetaan ylös ja käsitellään vahinkoalueella • Käsittely suoritetaan muualla (off site) b) Toimintaperiaatteen mukainen jaottelu • Biologiset menetelmät • Kemialliset menetelmät • Fysikaaliset menetelmät 29 PILAANTUNEIDEN MAIDEN KUNNOSTUSTEKNIIKAT EUROOPASSA http://eusoils.jrc.ec.europa.eu/ESDB_Archive/eusoils_docs/other/EUR26376EN.pdf 30 KUNNOSTUSVAIHTOEHTOJA ON USEITA, MUTTA VAIN MUUTAMAT KÄYTÖSSÄ SUOMESSA KÄSITTELY - kiinteytys - kompostointi - maanpesu - terminen LOPPUSIJOITUS - erilaiset kaatopaikat HYÖTYKÄYTTÖ - kaatopaikkarakenteissa - meluvalleissa KAIVU, LAJITTELU, KULJETUS PILAANTUNUT MAAMASSA IN SITU-KÄSITTELY - huokoskaasu - mikrobiologinen ERISTYS PAIKALLE - pinta-/pystyeristys - hydraulinen eristys - luontainen puhdistuminen 31 Suomessa käytetyt yleisimmät kunnostusmenetelmät ja niiden soveltuvuus 32 MASSANVAIHTO YLEINEN KUNNOSTUSMENETELMÄ SUOMESSA Pilaantuneet maakerrokset kaivetaan pois, kuljetetaan käsittelyalueelle tai kaatopaikalle, jossa ne käsitellään (kompostointi, pesu, desorptio, poltto, kiinteytys) tai sijoitetaan kaatopaikan täyttökerrokseen Kunnostettuja maamassoja käytetään myös kaatopaikkojen rakenteissa Massanvaihto sopii yleensä pieniin kohteisiin 33 KUNNOSTUSMENETELMÄ JA NIIDEN VARIAATIOTA RUNSAASTI Pilaantunut maa-alue Orgaanisia ja epäorgaanisia yhdisteitä Orgaanisia yhdisteitä Helposti haihtuvat Ei haihtuvia yhdisteitä - liuottimet, bensiini -voiteluaineet, PCB-öljy Huokosilmakäsittely in situ, on/off site Polttokäsittelyt - teho- tai massapoltto Kompostointi Öljyllä ja raskasmetalleilla pilaantuneet maat Massapoltto ja stabilointi Tehopoltto Epäorgaanisia yhdisteitä Raskasmetallit, kyllästyssuolat Pesu Stabilointi Lähde: EKOKEM –Palvelu Pilaantuneet maat 34 PILAANTUNEEN MAAN TERMINEN KÄSITTELY Osa orgaanisista aineista palaa 450-850 °C lämpötilassa ja vaikeasti haihtuvat yhdisteet höyrystyvät Jälkipolttokammiossa höyrystyneet haitta-aineet palavat haitattomaan muotoon 35 TERMODESORPTIO Käsittelylämpötilan mukaan termodesorptio voi olla • Korkealämpötiladesorptio eli poltto, lämpötila 320…800 °C • Matalalämpötiladesorptio. lämpötila 90…320 °C Haitalliset yhdisteet voivat: • haihtua • muuttua toisiksi orgaanisiksi yhdisteiksi • hajota täydellisesi • eliminoitua edellisten yhteisvaikutuksesta 36 SIIRRETTÄVÄ TERMODESORPTIOLAITTEISTO Käsittely kohteessa (on-site) tai vastaanottoasemalla (off-site) Laitteistojen puhdistuskapasiteetti on 40 - 80 t/h Termiseen käsittelyyn soveltuvia haittaaineita ovat: mineraaliöljyt, liuottimet, VOC-yhdisteet, kloorifenolit, pah-yhdisteet, torjuntaaineet, dioksiinit, PCB sekä furaanit. Polttolämpötila +850-1100 °C 37 Haitta-aine Matalalämpödesorptio Korkealämpödesorptio Puolihaihtuvat orgaaniset yhdisteet soveltuu, alentunut käsittelyteho soveltuu PAH ei sovellu soveltuu tapauskohtaisesti PCB ei sovellu soveltuu tapauskohtaisesti Torjunta-aineet ei sovellu soveltuu tapauskohtaisesti VOC soveltuu soveltuu, kust.tehokkuus alhainen Öljyhiilivedyt soveltuu soveltuu, kust.tehokkuus alhainen Kloorifenolit ei sovellu soveltuu 1 PCDD/F2 ei sovellu soveltuu1 Syanidit ei sovellu soveltuu, mikäli lämpötila on riittävä Haihtuvat metallit (esim. ei sovellu Hg) soveltuu4 Raskasmetallit3 ei sovellu ei sovellu jälkipolttoa (vähintään 1100 °C) dibentso-p-dioksiinit ja dibentsofuraanit 3Yleensä ei sovellu, poikkeus Hg 4Soveltuvuus riippuu Hg:n esiintymismuodosta, näytteenottoon kiinnitettävä erityistä huomiota 1Edellyttää 2Polyklooratut 38 PILAANUTUNNEN MAAN STABILOINTI Stabiloitu maa-aines ohjataan Pilaantuneiden maiden käsittelymenetelmä, jolla haitta-aineiden liikkuvuus rajataan stabiloimalla ne kiinteään ainekseen kemiallisesti ja tiivistämällä massa fysikaalisesti vettä läpäisemättömäksi rakenteeksi Stabiloituja maamassoja voidaan yleensä hyödyntää. Niitä käytetään niiden lujuusominaisuuksien mukaan, esimerkiksi erilaisissa kenttärakenteissa sidottuina, kantavina rakenteina Stabilointi sopii öljyllä, PAH-yhdisteillä ja epäorgaanisilla haitta-aineilla, kuten raskasmetalleilla ja suoloilla pilaantuneiden maiden käsittelyyn Tyypillisiä kohteita ovat: • vanhat kyllästämöalueet, joilla tuotannossa on käytetty metallisuolaliuoksia • alueet, joilla on ollut metalliteollisuutta • alueet, joilla on varastoitu jätteitä ja täyttömaa-alueet yleensä hyötykäyttöön Stabiloitavuuteen vaikuttaa: -haitta-aineen pitoisuus -liukoisuus -geotekninen soveltuvuus -kalkki -sementti -lentotuhka -bitumi 39 STABILOINNIN PERIAATE Asemasekoitteiden stabilointi 40 Stabiloinnin vaiheet Kohteen maastotutkimukset Laboratoriotutkimukset -Maalaji, humus jne -Haitta-aineiden pitoisuudet Sideaineen laatu ja määrä E Liukoisuus K E Vedenläpäisevyys K Lujuus- ja pakkasenkestävyys E Liukoisuus määritetään diffuusitestin avulla Vedenläpäisevyys määritetään joustavaseinäisellä vedenläpäiSevyyslaitteistolla Lujuus määritetään puristusLujuutena Käyttötarkoituksen mukaisesti em. ominaisuuksille määritetty minimi vaatimukset K Maamateriaalin kiinteytys 41 PILAANTUNEEN MAAN PESU Pesumenetelmällä tarkoitetaan on-site tai off-site –menettelyä, jossa maa-aines sekoitetaan veden kanssa ja siitä erotetaan mekaanisin tai kemiallisin menetelmin haitta-aineita 42 PILAANTUNEEN MAAN PESULAITOS Pilaantunut maa-aines Karkea seula Sykloni Magn. rumpu Spiraali Flotaatio Veden poisto lietteestä 43 PILAANTUNEEN MAAN KOMPOSTOINTI Hyödynnetään mikrobipopulaation kykyä hajoittaa maaperän orgaanisia haitta-aineita Mikrobiaktiivisuutta parannetaan yleensä lisäämällä ravinteita ja happea sekä kuohkeuttavaa tukiainetta Voidaan toteuttaa off site tai in situ –periaatteella Mikrobiaktiivisuutta voidaan hyödyntää myös huokosilmakäsittelyssä Toteutetaan yleisimmin aumakompostointina, joita voidaan sekoittaa tai ilmastaa Kompostointi edellyttää kosteuden, happipitoisuuden ja pH:n pitämistä mikrobitoiminnalle sopivalla tasolla 44 Hyödynnetään mikrobipopulaation kykyä hajottaa maaperän orgaanisia haitta-aineita Mikrobiaktiivisuutta parannetaan yleensä lisäämällä ravinteita ja happea sekä kuohkeuttavaa tukiainetta Voidaan toteuttaa off site tai in situ –periaatteella Mikrobiaktiivisuutta voidaan hyödyntää myös huokosilmakäsittelyssä Toteutetaan yleisimmin aumakompostointina, joita voidaan sekoittaa tai ilmastaa Kompostointi edellyttää kosteuden, happipitoisuuden ja pH:n pitämistä mikrobitoiminnalle sopivalla tasolla 45 KOMPOSTOINNIN PERIAATE Kompostoinnin edellytykset: • Riittävä happipitoisuus -> aerobinen hajotus • Riittävä kosteus • Oikea ravinnesuhde (C, N, P) • Kompostin riittävä koko • Ei mikrobeille myrkyllisiä aineita KOMPOSTOINTI VOIDAAN TOTEUTTAA MYÖS LAITOSMAISISSA KOMPOSTOREISSA 46 Haitta-aineen haihtuminen maaperässä Maanpinta Advektio ja diffuusio Haihtuminen Haihtuminen Huokosilma Adsorptio Maapartikkeli Vesi Desorptio LaGrega, M et al. Hazardous Waste Management 47 HUOKOSILMATEKNIIKKA MAAPERÄSTÄ POISTETAAN HAIHTUVAT YHDISTEET ALIPAINEEN AVULLA. IMETTY HUOKOSKAASU KÄSITELLÄÄN EPÄPUHTAUKSIEN EROTTAMISEKSI 48 HUOKOSILMATEKNIIKAN PERIAATE 49 PUHDISTUSMENETEMÄT VOIVAT OLLA PERÄKKÄISIÄ 50 http://www.clw.csiro.au/research/urban/protection/remediation/figures/sparging.gif 51 KASVIEN AVULLA PUHDISTAMINEN ELI FYTOREMEDIAATIO • Kasvit voivat muuttaa haitallisia aineita vaarattomaan muotoon • Kasvit lisäävät maaperän luontaista biohajoavuutta • Voidaan puhdistaa sekä orgaanisia että epäorgaanisia haitta-aineita • Orgaaniset haitta-aineet kuten öljyt, klooratut hiilivedyt torjunta-aineet, PAH-yhdisteet • Epäorgaaniset haitta-aineet kuten suolat, raskasmetallit radioaktiiviset aineet Voidaan puhdistaa maaperää, sedimenttejä sekä pinta- ja pohjavesiä Kasvillisuudella ennaltaehkäisevä vaikutus haitta-aineiden kulkeutumiseen. Estää veden ja tuulen aiheuttamaa eroosiota. 52 FYTOREMEDIAATIOMENETELMÄT FYTOSTABILOINTI • haitta-aine kiinnittyy maaperään kasvien juuriston avulla • sopii metalleilla pilaantuneille maille FYTODEGRAATIO • haitta-aine hajotetaan kasvien aineenvaihdunnan avulla RITSODEGRAATIO • juuret ja mikrobit hajottavat haitta-aineita FYTOESKTRAKTIO FYTOVOLATISAATIO EVAPOTRANSPIRAATIO 53 54 SÄHKÖKINEETTISET MENETELMÄT Elektrokineettisellä käsittelyllä voidaan sähkökemiallisten ja -kineettisten prosessien avulla poistaa metalleja ja polaarisia orgaanisia haitta-aineita maasta, liejusta, lietteestä tai sedimentistä. Menetelmä soveltuu erityisesti savimaiden ja muiden sellaisten materiaalien käsittelyyn, joiden läpäisevyys on alhainen. Anodiin ja katodiin välillä kulkee heikko tasavirta. Sähkövirta mobilisoi varautuneita aineita ja aiheuttaa niiden siirtymisen kohti elektrodeja. Metallit, ammonium-ionit ja positiivisesti varautuneet orgaaniset yhdisteet kulkeutuvat kohti katodia ja anionit kuten kloridi, syanidi, fluoridi, nitraatti ja negatiivisesti varautuneet orgaaniset yhdisteet kohti anodia. 55 http://www.intechopen.com/books/organic-pollutants-monitoring-risk-and-treatment/advances-inelectrokinetic-remediation-for-the-removal-of-organic-contaminants-in-soils 56 PILAANTUNEEN MAAN ERISTÄMINEN Pystyeristysseinät Pystyeristysseinä on maahan rakennettava seinä, joka estää tai ohjaa pohjaveden virtausta Tarkoituksena on voi olla pelkästään veden virtauksen katkaisu tai pilaantuneissa kohteissa veteen liuenneiden haitta-aineiden ympäristöön pääsyn estäminen Seinä ulotetaan vettä huonosti läpäisevään maakerrokseen tai seinä ulotetaan niin syvälle, että virtaus seinän alitse on riittävän pientä 57 Pystyeristeet veden virtauksen katkaisijana Eristetään pilaantunut alue pohjavedestä tai sivulta tulevasta suotovedestä Estetään saastuneen pohjaveden pääsy ympäristöön Muuttaa veden virtausuuntaa Pystyeristäminen voidaan toteuttaa Kaivamalla - bentiniittiseinät - komposiittiseinät Syrjäyttämällä - ohutseinät - ponttiseinät Injektoimalla tai jäädyttämällä Rakennetaan yleensä tavanomaisilla pohjarakentamismenetelmillä 58 KATKAISUSEINÄT Sekoitus puskutraktorilla Maabentoniittitäyttö Kaivuri Bentoniitti-vesi seoksen taso Kaivannon raja Kaivamaton maaperä Kaivantokiila Tiivistyskerros 59 PILAANTUNEEN POHJAVEDEN KUNNOSTUS Reaktiivisen seinämän toimintaperiaate käsitelty pohjavesi päästölähde haitta-aineilla pilaantunut pohjavesi reaktiivinen seinämä 60 Reaktiiviset seinämät § Reaktiivisten seinämien avulla voidaan poistaa pohjaveteen suotautuneita haitta-aineita asentamalla pohjavesiesiintymään sopivaa materiaalia oleva seinämä, johon haitta-aineet kiinnittyvät tai jossa sulfaatinpelkistäjäbakteerit hajottavat ne. § Vaaditut geokemialliset ja biologiset ominaisuudet voidaan luoda sopivan reaktiivisen materiaalin avulla. § Prosessit, joilla voidaan vähentää tai poistaa vedessä olevia haittaaineita, käsittävät adsorption, saostumisen, hapettumisen, kemialliset tai mikrobiologiset muodonmuutokset sekä edellä mainittujen yhdistelmät. 61 Reaktiiviset seinät vedenpuhdistuksessa in situ Pilaantuneen pohjaveden puhdistus in situ Tavoitteena on, että haitta-aine: -hajoaa -muuttuu vähemmän haitalliseksi -sitoutuu Seinämän prosessit voivat olla: -kemiallisia -fysikaalisia -biologisia 62 REAKTIIVISEN SEINÄN PROSESSIT Yleisimmät reaktiomekanismit • sorptio • saostuminen • hajoaminen 63 REAKTIIVISTEN SEINIEN SAOSTUSMATERIAALEJA 64 GEOTUUBIT NESTEMÄISTEN LIETTEIDEN KUIVATUKSEEN • Muovista, esimerkiksi polypropyleenistä, kudottu lieriönmuotoinen säkki. • Hienoaines jää tuubin sisälle veden purkautuessa ulos tuubirakenteen pienistä rei’istä. • Haitta-aineet sitoutuvat hienoainekseen ja pysyvät tuubissa • Polymeeria lisätään veden erottamiseksi kiintoaineksesta. KÄYTTÖKOHTEITA • Vesistöt (ruoppauslietteet) • Kaivosteollisuus (sakat/kaivoslietteet) http://www.mpiinc.info/environmentalgeotube.html • Kunnalliset ja teollisuuden jätevedenpuhdistamot (sadevesi- ja hiekanerotuskaivojätteet, rasvaerotuskaivojätteet, teollisuuden lietteet, muut vastaavat nestemäiset jätteet • Paperi- ja selluteollisuudessa (prosessilietteet) 65 http://regenesis.com/site-remediation-solutions/ 66 KAIVOSVESIEN KÄSITTELYMENETELMIÄ Kaivosvesien käsittelymenetelmät jaetaan aktiivisiin ja passiivisiin menetelmiin Eri lähteistä peräisin olevat vedet saattavat olla koostumukseltaan hyvinkin erilaisia Käsiteltäviä kaivosvesiä: · louhosten kuivatusvedet · valumavedet malmin ja sivukiven läjitysalueilta · rikastushiekka-alueiden vedet · suotovedet Haitallisia komponentteja kaivosvesissä: · · · · · · · · kiintoaineet happamoituneet kaivosvedet liuenneet metallit ja muut haitalliset aineet emäksiset kaivosvedet runsasliukoiset suolat syanidi kemikaalijäämät (esim. vaahdotuskemikaalit) räjähdysainejäämien typpiyhdisteet 67 68 KAIVOSVEDET JA NIIDEN KIERRÄTYS Puhdasvesi Tuorevesi Palautusvesi Sade- ja valumavesi Rikastusprosessi Sivukivikasa Sade- ja valumavesi Kuivanapitovesi Vesipitoinen rikastushiekka Rikastushiekka-allas Selkeytys-allas Vedenpuhdistus -veden kierrätys vaihtelee kaivoksittain -tuorevesi järvestä tai joesta -kierrätys väkevöittää vettä Kaivos Kuva mukaeltu lähteestä Suomen ympäristö 29/2011 69 Jäte- ja valumavesien käsittely- ja puhdistusmenetelmiä Neutralisointi Metallien poisto Suolojen poisto Kalkitus/kalkkikivi - jauhelisäys Saostus, pidättäminen hydroksioksideina Biologinen sulfaatin poisto NaOH- tai Na2CO3 lisäys Saostus, pidättäminen karbonaatteina Ammoniakin lisäys Biol. sulfaatin pelkistys Kosteikkopuhdistus anaerobiset ojat Muut teknologiat Saostus, pidättäminen sulfideina Kosteikkopuhdistus , hapettavat altaat Muut teknologiat Biologinen typen poisto Saostaminen ettringiittinä (Al-oksidi + emäs) Kaivosuodatus - käänteisosmoosi - nanosuodatin Ioninvaihto (hartsi esim. zeoliitti) Passiivinen puhdistus (kosteikko) Kemikaalihajotus/ haitta-aineen poisto Syanidihajotus - kemiallinen hapetus - biologinen hapetus -kompleksoiminen Arseenin poisto -hapetus/pelkistys - saostaminen - adsorptio Radioaktiivisten isotooppien poisto -saostaminen - ioninvaihto Kiintoaineen poisto Laskeutus (selkeytys) - flokkulanttilisäys Flotaatio Suodatus Kosteikkopidätys - korkeavartiset kasvit Molybdeenin poisto - rauta-adsorptio Muut teknologiat 70 KAIVOSVESIEN JÄLKIKÄSITTELYMENETELMIÄ USEITA Pyritään käyttämään passiivisia menetelmiä esim. -kosteikot -neutraloivat kalkkikiviojat -reaktiiviset seinät ja padot -sulfaatin pelkistäjä bakteerit metallien saostukseen Kosteikot kaivosvesien jälkikäsittelyyksiköinä 71 § Kaivostoiminnan aikana kaivosalueella syntyvät vedet käsitellään tyypillisesti kemiallisesti lisäämällä veden joukkoon alkalista ainesta, kuten kalkkia tai dolomiittia, joka nostaa veden pH:ta ja saostaa metallit pääasiassa hydroksideina ja oksideina. § Kemiallinen käsittely on yleensä luotettava ja hyvin toimiva vaihtoehto, mutta se ei sovi kaivostoiminnan jälkihoitovaiheeseen, sillä menetelmä vaatii jatkuvaa ylläpitoa ja seurantaa. 72 Sulfaatinpelkistys § Sulfaatinpelkistys on anaerobisissa vesiympäristöissä luonnollisesti esiintyvä bakteerien katalysoima prosessi, jonka tuloksena vesien sulfaatti pelkistyy ja metallit saostuvat niukkaliukoisina yhdisteinä. § Sulfaatinpelkistäjillä on merkittävä rooli luonnossa tapahtuvassa rikin kiertokulussa. § Sulfaatinpelkistystä voidaan hyödyntää kaivosvesien käsittelyssä erilaisina sovelluksina. § Sulfaatinpelkistäjiä on kahta ryhmää. § Epätäydelliset hapettajat, jotka hapettavat orgaanisia happoja ja alkoholeja asetaatiksi. § Täydelliset hapettajat, jotka hapettavat orgaaniset yhdisteet hiilidioksidiksi 73 § Louhoskäsittelyssä kaivoksen toiminnan aikana syntynyttä ja käytön jälkeen vedellä täyttynyttä avolouhosta tai kaivoskuilua hyödynnetään bioreaktorina. § Käytännön toteutuksessa louhokseen lisätään tyypillisesti bakteerilähdettä sekä tarvittaessa sopivia hiilen- ja ravinteiden lähteitä, jotka stimuloivat sulfaatinpelkistäjien toimintaa ja johtavat lisääntyneen bakteeritoiminnan kautta sulfaatti- ja metallipitoisuuksien alenemiseen. § Näin voidaan vaikuttaa louhoksista purkautuvan veden laatuun jo ennen kuin se kulkeutuu muualle ympäristöön. § Käsittelyssä avolouhoksen tai kaivoskuilun pohjalle tai seinämiin muodostuu sopivissa olosuhteissa aktiivinen sulfaatinpelkistäjäkanta, joka saa kasvuun tarvitsemansa orgaanisen hiilen ja ravinteet bakteerikannan mukana lisätystä substraatista. § Optimitapauksessa louhoksen pohjalle ja pohjalla oleville tarttumispinnoille muodostuu mikrobikanta, joka pystyy elättämään itse itsensä. 74 Suotopatjat § Kaivosalueiden vedet eivät kokonaisuudessaan kulkeudu alueen pohjavesiin, vaan huomattava osa vesistä liikkuu myös maan pinnalla erilaisissa vesiuomissa, kuten ojissa. § Näiden vesien käsittelyyn soveltuvat ns. suotopatjat, jotka voidaan asentaa esimerkiksi kaivosalueiden ympärysojiin. § Suotopatjat soveltuvat suhteellisen pienten vesimäärien käsittelyyn esimerkiksi hankalien kulkuyhteyksien päässä. § Suotopatjat eivät periaatteessa vaadi muuta huoltoa kuin ajoittaisen tarkkailun virtaamien ja puhdistuskyvyn seuraamiseksi. 75 § Suotopatjat koostuvat yleensä peräkkäisistä osastoista, joissa olevat materiaalit luovat hyvät kasvuolosuhteet sulfaatinpelkistäjille. § Bakteeritoiminnan tuloksena patjan kautta virtaavassa vedessä oleva sulfaatti pelkistyy ja metallit saostuvat suotopatjan materiaaliin. 76
© Copyright 2024