ERISTESEINÄRAKENTEEN JA MEREN VÄLISEN FOSFORIVARANNON SELVITTÄMINEN

Transkriptio

1 RAPORTTI 6X YARA SUOMI OY UUDENKAUPUNGIN TEHTAAT ERISTESEINÄRAKENTEEN JA MEREN VÄLISEN FOSFORIVARANNON SELVITTÄMINEN

2 Sisällysluettelo TAUSTA 2 TUTKIMUKSET Näytteenotto Analytiikka 3 TULOKSET Kipsiin sitoutuneen fosforin määrä Kipsin sisäisen veden fosforipitoisuus ja fosforimäärä 3 4 JOHTOPÄÄTÖKSET 4 5 EPÄVARMUUSTEKIJÄT 4 6 KIPSIIN SITOUTUNEEN FOSFORIN HUUHTOUTUMINEN MEREEN 5 Liitteet Liite Liite 2 Liite 3 Liite 4 Eristeseinän suunnitelmakuvat ja leikkausten sijainnit Eristeseinärakenteen leikkauskuvat ja kipsin sijainti Kipsin fosforipitoisuuksien tutkimuspisteet Kipsin analyysitulokset

3 TAUSTA Kipsialueelta mereen suotautuvan fosforin määrää tulee ympäristöluvan määräyksen mukaan vähentää 95 %. Vähenemä on tarkoitus saavuttaa meripatoon rakennetulla eristeseinällä sekä louhesalaojalla, jotka valmistuivat syksyllä 205. Eristeseinän tiiveyttä tarkkaillaan sen kummallekin puolille asennettujen tarkkailuputkien avulla käydyssä neuvottelussa (muistio päivätty Kari Pirkanniemi, AVI), jossa olivat läsnä YARA:n, AVI:n, ELY:n, LSVY:n ja Pöyryn edustajat keskusteltiin mm. kuormituksen vähenemisen laskemistavasta ja siinä huomioitavista seikoista. Vähenemisen laskemisessa otetaan huomioon seinämärakenteen ja meren väliselle alueelle jääneestä kipsitäytöstä liukeneva fosfori. Tässä raportissa esitetään eristeseinän ja meren väliin varastoituneen kipsin määrän laskeminen sekä kipsiin sitoutuneen fosforimäärän laskeminen. Raportin laadinnasta vastasivat FT Risto Valo ja FM Jukka Ikäheimo Pöyry Finland Oy:stä. 2 TUTKIMUKSET 2. Näytteenotto Kipsin määrät laskettiin eristeseinän rakentamisen suunnittelukuvien perusteella. Padosta on tehty 6 poikkileikkauskuvaa, joissa on esitetty kipsikerroksen paksuus sekä leveys. Kipsin fosforipitoisuudet määritettiin viidestä pisteestä kairaamalla otetuista näytteistä. Kipsinäytteitä otettiin kolmelta syvyydeltä väliltä 8 m maan pinnasta. Näytteistä analysoitiin kokonaisfosforipitoisuus sekä ph Lounais-Suomen vesi- ja ympäristötutkimus Oy:ssä. Eristysseinän ja meren välille kolmeen kipsinäytepisteeseen asennettiin tarkkailuputket kipsikerroksessa liikkuvan veden fosforipitoisuuden analysointia varten. Lisäksi tällä alueella on neljä aikaisempaa tarkkailuputkea, joista on analyysituloksia. Tarkkailuputkista otettiin vesinäytteet ja mitattiin vedenpinnan tasot. 2.2 Analytiikka Kokonaisfosforin määrityksessä kipsinäytteiden fosfori uutettiin 0,5 M rikkihapolla. Kipsin läjitysalueen tutkimuksissa vuonna 200 (raportti..20) määritettiin kipsin fosforipitoisuus kaksivaiheisella liukoisuustestillä, jossa fosfori uutetaan näytteen omassa ph:ssa. Analyysissä ei saada kipsin kokonaisfosforipitoisuutta. Tästä syystä kipsien fosforipitoisuuksia näissä kahdessa tutkimuksessa ei voi verrata keskenään. 3 TULOKSET 3. Kipsiin sitoutuneen fosforin määrä Taulukossa on kipsin fosforipitoisuuksien analyysitulokset. Kipsin fosforipitoisuus vaihteli välillä 2,3 4,7 g/kg ka. Kaikkien tulosten keskiarvopitoisuus oli 3,0 g/kg ka. Fosforipitoisuus oli korkein syvemmissä kipsikerroksissa, missä fosforipitoisuus oli 3070 % korkeampi kuin -2 m syvyydellä.

4 2 Eristeseinän ja louhepadon välisen kipsin ph oli 3,0-5,8 ja kaikkien näytteiden keskiarvo ph 4,. Kipsikerroksen paksuus tällä alueella oli 7,5-9,8 m (taulukko 2). Taulukko. Kipsin fosforipitoisuudet. Näyte pvm piste näytesyvyys ph -2 m 4-5 m 7-8 m fosfori g/kg ka 2,6 3,2 4, UK 460 UK 460 UK UK 670 UK 2-3 m 6-7 m 2,4 3,5 5,8 3, PE4 PE4 PE4-2 m 4-5 m 7-8 m 2,3 2,5 3, 5, 3, PE5 PE5 PE5-2 m 4-5 m 7-8 m 2,6 4,7,5 4,6 3,4 4, Keskiarvo PE6 PE6 PE6-2 m 4-5 m 7-8 m 2,3 2,8 3,4 3,0 5 3,9 3,8 4, 5 3,5 3, Taulukko 2. Kipsikerroksen paksuudet ja pohjaveden taso näytepisteissä. Näytepiste 460 UK 670 UK PE4 PE5 PE6 kipsikerroksen paksuus, m 9,8 7,5 7,7 7,5 7,5 pohjaveden taso w = +,06 w= -0,3 w= +0,50 w=+0,3 w=+,06 Kipsin määrä laskettiin suunnitelmapoikkileikkausten kuvista (Liite 2). Poikkileikkausten 2-7 kohdalla oli todettu kipsiä, joka on rajattu kuviin eristeseinän ja merenpuoleisen louhepadon väliin. Kipsimassan leveys leikkausten kohdilla louhepadon juuressa vaihteli välillä 3-9 m. Kipsimäärät laskettiin erikseen kunkin poikkileikkauksen alueelta. Taulukossa 3 on kipsimäärän laskelmat. Kipsin ominaispainoksi oletettiin 2,3 t/m3 ja kipsin fosforipitoisuutena pidettiin analysoitua keskiarvopitoisuutta 3,0 kg/t. Kipsin kuiva-aine pitoisuudeksi laskelmissa otettiin aiempien analyysien perusteella 72 %. Kipsin kokonaismäärä eristeseinän ja meripadon välillä on noin tonnia. Kipsi sijaitsee pääosin meren pinnan tason alapuolella. Fosforin kokonaismääräksi kipsissä saadaan: t x 3 kg/t = 620 tonnia.

5 3 Taulukko 3. Kipsimäärän laskeminen. suunnitelma- kipsin pinta-ala leikkaus poikkileikkauksessa pituus no m2 m kokonais- kuiva-aine kipsitilavuus pitoisuus massa m3 % t yhteensä Kipsin kuiva-aine pitoisuus vuoden 200 tuloksista, keskiarvo 72 %. Kipsin ominaispaino 2,3 t/ m Kipsin sisäisen veden fosforipitoisuus ja fosforimäärä Kipsikerroksessa liikkuvan veden fosforipitoisuudet analysoitiin tarkkailuputkista, joihin suotautuu vettä kipsikerroksen läpi sekä sen alapuolisen saven päällä kipsissä liikkuvaa vettä. Kipsikerroksen läpi suotautuva vesi liikkuu savikerroksen päällä, koska savi läpäisee vettä paljon huonommin kuin kipsi. Saven vedenläpäisevyys on luokkaa /00 kipsin vedenläpäisevyydestä. Kipsin sisäisessä vedessä oleva fosforipitoisuus kuvaa huuhtoutuvan fosforin määrää, joka voi kulkeutua mereen. Taulukossa 4 on kipsin sisäisestä vedestä viidestä pohjavesiputkesta mitatut pitoisuudet. Fosforipitoisuus vaihteli voimakkaasti eri osissa patoa sijaitsevissa kipseissä. Kokonaisfosforipitoisuuksien keskiarvo oli 548 mg/kg. Myös veden kloridipitoisuuksissa ja ph- arvoissa oli suuria vaihteluita. Korkea kloridipitoisuus viittaa meriveden vaikutukseen eli tarkkailuputken alueelle pääsee merestä vesiä louhe/moreeni padon läpi. Taulukko 4. Kipsitäytössä saven päällä liikkuvan veden analyysitulokset. Piste fosfaaatti-p kokonais-p mg/l mg/l PE PE PE US US keskiarvo Cl mg/l SO4 mg/l ph 4,7 3,5 3,3 6,2 3,3 4,2 Näytteenotto vesipinta taso +m w=+m -4,5 0,5-5,5 0,3-3,3,06-9,3,06-6,0-0,3 Kipsin fosforin liukoisuudet Kipsin fosforin liukoisuuksia tutkittiin vuoden 200 tutkimuksissa kipsikasan läpi tehdyssä kairauksessa otetuista näytteistä. Tulokset on raportissa..20 (Kipsin läjitysalue, ympäristölupapäätöksen määräysten 3 ja 4 edellyttämät lisäselvitykset, Pöyry Finland Oy).

6 4 Tutkimuspisteessä PE4 kipsiläjitysalueen päällä tehdyssä kairauksessa eri syvyyksillä olevien kipsien fosforin liukoisuudet olivat: Syvyys, m , ,5 Liukoisuus, mg/kg Kipsin fosforin liukoisuudet olivat syvemmissä kerroksissa selvästi suurempia kuin sen pintakerroksissa. 4 JOHTOPÄÄTÖKSET Eristeseinärakenteen ja meren välisen kipsin sisältämän fosforin kulkeutumiseen vaikuttavat monet tekijät, joiden yhteisvaikutuksen arvioiminen on vaikeaa. Koko meripadon alueelle tehty eristeseinärakenne (vaneri + savikerros) estää saven päällä liikkuvan fosforipitoisen suotoveden kulkeutumisen kipsikasalta meren suuntaan. Meren ja eristeseinän väliin maan pinnalle on ajettu massoja ja maan pintaa on tiivistetty ja sadevedet ohjataan hallitusti pintavaluntana mereen, jolloin veden suotautuminen kipsikerroksen läpi on aiempaan tilanteeseen verrattuna vähentynyt. Kipsin sisäisen veden kloridipitoisuuksista ja niiden vaihteluista eristeseinän ja meren välisessä kipsikerroksessa voidaan päätellä, että merivesi liikkuu louhepadon läpi joistain paikoista nopeammin kuin toisista, jolloin myös fosforin kulkeutuminen mereen voi näissä kohdissa olla nopeampaa kuin muualla patoalueella. Eristeseinän rakentamisen yhteydessä tehdyt leikkaukset ja läjitykset ovat lisänneet kipsin ja veden kontaktia ja siten voineet tehostaa fosforin huuhtoutumista. Eristeseinä valmistui syksyllä 205, joten rakentamisen aikainen vaikutus oli todennäköistä vielä keväällä 206. Vuoden 200 kipsikasan kairaustulosten perusteella laskettiin, että veden alla olevan kipsin kuiva-aine pitoisuus oli keskimäärin 72 % eli vesipitoisuus 28 %. Tällä perusteella laskien saadaan eristeseinän ja meren välisen kipsin sisältämän huokosveden määräksi: m3 x 0,28 = t Kipsin sisäisen veden kokonaisfosforipitoisuuksien keskiarvo taulukosta 4 laskettuna on 550 mg/l (=550 mg/kg). Fosforin kokonaismääräksi kipsivedessä saadaan t x 550 mg/kg = 9 t. Kohdan 3. kipsin sisältämän fosforimäärän laskemiseen sisältyy kipsin huokosveden sisältämä fosfori, koska kipsi on kuivattu ennen analysointia ja huokosveden fosfori on jäänyt näytteeseen. Tällöin huokosveden sisältämä fosfori (9 t) sisältyy kipsiin sitoutuneen fosforin kokonaismäärään 620 t. 5 EPÄVARMUUSTEKIJÄT Laskelmiin sisältyy useita epävarmuustekijöitä, joiden määrää ei pysty luotettavasti laskemaan tai arvioimaan. Analytiikassa kuiva-aine määrityksen epävarmuus on luokkaa ± 0 %. Kipsin fosforipitoisuuden analysointi on monivaiheinen prosessi, jossa kipsinäyte kuivataan, uutetaan hapolla ja sen jälkeen näyte hapetetaan autoklavoimalla 20 oc:ssa ja fosforipitoisuus määritetään värireaktiolla. Menetelmää ei ole akkreditoitu eikä määrityksen mittausepävarmuus ole tiedossa.

7 5 Kipsin fosforipitoisuuksissa oli vaihtelua (keskiarvo 3 g/kg, mediaani 2,7 g/kg, maksimi 4,7 g/kg ja minimi,5 g/kg), samoin kipsimäärän laskemiseen sisältyy epävarmuutta. Eri tekijät vaikuttavat eri tavalla lopputulokseen, joko todellisen fosforin määrää yli- tai aliarvioiden. Epävarmuustekijöiden yhteisvaikutus ei ole kuitenkaan systemaattinen, joten ne eivät ole kumuloituvia. 6 KIPSIIN SITOUTUNEEN FOSFORIN HUUHTOUTUMINEN MEREEN Eristeseinän rakentaminen on katkaissut saven päällä kipsissä liikkuvan veden virtauksen meren suuntaan ja samalla tätä reittiä tapahtuvan fosforivuodon mereen. Eristeseinän ja louhepadon välille on pintamaahan rakennettu moreeni/savitäyttöä (liitteet 2), mikä minimoi sadevesien suotautumisen kipsiin ja siten vähentää fosforin huuhtoutumista mereen. Moreenipadon meren puoleista reunaa on tutkittu näköhavainnoin sukeltamisen yhteydessä. Havaintojen perusteella padon läpi ei todettu kipsin kulkeutumista. Kipsistä laskettiin vuoden 200 tutkimuksessa (Pöyry Finland Oy,..20) hydraulisen johtavuuden arvot neljästä kipsikasan läpi kairatusta putkesta slug- testeillä. K- arvojen keskiarvoksi saatiin,7e-07 m/s eli 0,0235 m/d. Tämä vastaa keskimäärin hienon siltin K- arvoa. Meren puolella oleva patorakenne on louheesta ja padon sisäreunaan on laitettu tiivisteeksi moreenikerros. Padon läpi pääsee joissain kohtaa sisään merivettä kun aaltojen aiheuttama eroosio on ilmeisesti aikojen kuluessa huuhtonut moreenikerrokseen reikiä. Eristeseinän ja louhepadon välisen kipsin alapuolella on pääosalla patoava savikerros, mikä puuttuu vain padon itäisemmästä osasta (leikkaus 2.6). Padon itäosassa, pisteestä PL660 itään päin, moreenikerros kaivettiin eristeseinärakenteen tekemisen yhteydessä pois ja savieriste ulotettiin kallioon asti, joten tällä alueella ei moreenikerroksen läpi tapahdu vuotoa. Savi pidättää hyvin fosforia ja estää sen suotautumisen saven alapuolella olevan paremman läpäisevän moreenikerroksen kautta mereen. Veden virtausnopeus kipsikerroksessa meren suuntaan riippuu hydraulisesta gradientista (painekorkeus/suotautumismatka) sekä vedenläpäisevyyskertoimesta (K-arvo) ja kipsin huokoisuudesta. Vesimäärä voidaan laskea kipsikerroksen poikkipinta-alasta ja veden virtausnopeudesta. Näistä tekijöistä vaikeimmin arvioitavissa on hydraulinen gradientti eli käytännössä meren pinnan tason ja kipsin sisäisen veden tason ero. Meren pinnan nousu ja lasku vaikuttaa viiveellä kipsin sisäisen veden tasoon, joten merenpinnan tasotiedoista ei voi luotettavasti arvioida senhetkistä tilannetta padon kohdalla. Kolmesta tarkkailupisteestä (PL50US, PL350US ja PL450US) on 2-3 vuoden ajalta vedenpinnan tason mittaustuloksia (2-20 mittauskertaa). Näissä putkissa vedenpinnan tasojen keskiarvot mittausaikana ovat olleet - 0,29 m; - 0,3m ja + 0,2 m. Alhaisimman ja korkeimman tason ero kolmessa mittauspisteessä on ollut välillä 0,7,6 m. Lisäksi lähes mahdotonta on arvioida se kipsikerroksen poikkipinta-ala, jonka alueella eroosion vaikutuksesta louhepadon moreenitiivistyskerros puuttuu. Nämä ovat niitä kohtia, joissa kipsillä voi olla lähes suora yhteys meriveteen ja joista kipsin fosforipitoista huokosvettä voi tihkua mereen. Paikoissa, joissa louhepadon moreenitiiviste on ehjä, on mereen suotautuminen hyvin pientä. Eristeseinän ja meren välisen kipsin osalla ei ole säännöllistä ja jatkuvaa mereen päin kaltevaa viettoa (gradienttia), vaan ajoittain merenpinta on korkeammalla kuin kipsin sisäisessä pohjavedessä vaihdellen myös eri pisteiden välillä. Myöskään yhtenäistä, meriveteen yhteydessä olevaa kontaktipintaa ei kipsillä ole.

8 6 Edellä esitetyistä seikoista johtuen ei voida esittää tarpeeksi luotettavia, tuskin edes suuntaa-antavia laskelmia eristeseinän ja louhepadon välissä olevan kipsin aiheuttamasta fosforipäästöstä mereen. Maksimipäästöksi voidaan arvioida kipsiin eristeseinän ulkopuolelle varastoituneen fosforin määrä, luokkaa 620 tonnia, mikä voi pitkän ajan kuluessa huuhtoutua mereen Pöyry Finland Oy

9

10

11

12

13

14

15

16

17 LIITE 3 ERISTESEINÄ - MERI ALUEEN TUTKIMUSPISTEET

18 Telekatu Turku Puhelin (02) LIITE 4 SAATE Päivämäärä: Ohessa Yaran Uudenkaupungin tehtaiden kipsin täyttöalueelta otettujen kipsinäytteiden tulokset marraskuulta 205. Näytteet on kuivattu ennen analysointia. Näytteenottajana Pöyry Oy. Kipsinäytteiden tulokset (Yara, Uusikaupunki) Hav.paikka 460 UK 460 UK 460 UK 670 SK 670 SK 670 UK 670 UK PE4 PE4 PE4 PE5 PE5 PE5 PE6 PE6 PE6 näyte syvyys 2 m 4 5 m 7 8 m 2 m 6 7 m 2 3 m 6 7 m 2 m 4 5 m 7 8 m 2 m 4 5 m 7 8 m 2 m 4 5 m 7 8 m Hanna Turkki biologi hanna.turkki@lsvsy.fi Kuivapaino % 74,4 84,4 79,9 85 Fosfori g/kg ka 2,6 3,2 4,5 3 2,8 2,4 3,5 2,3 2,5 3, 2,6 4,7,5 2,3 2,8 3,4 ph 5 3,5 3, 3,5 3,9 5,8 3, 5, 3,4 3 4,6 3,4 4,8 5 3,9 3,8