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