IN-SITU PUHTAAMMAN MAAN JA VEDEN PUOLESTA

Transkriptio

1 Paikalliset ja globaalit ympäristökysymykset Tankki-hanke IN-SITU PUHTAAMMAN MAAN JA VEDEN PUOLESTA Kestävän kehityksen koulutusohjelma Tomi Lehtinen Tanja Pöyhönen Ville Raatikainen Heidi Loukiainen Suvi Ylitalo

2

3 SISÄLLYS 1 TAUSTA JOHDANTO MENETELMÄT Biologinen ilmahuuhtelu Maan huuhtelu Reaktiiviset seinämät Pohjaveden ilmastus Fytoremediaatio Huokoskaasukäsittely Eristäminen Anaerobinen dehalogenointi Geosäkki Stabilointi Kemiallinen hapetus Luontainen biohajoaminen Biostimulaatio Biotuuletus Elektrokineettiset menetelmät Bioaugmentaatio Sienirihmastolla puhdistaminen Pump & treat Terminen käsittely on situ ASIANTUNTIJA KOMMENTIT Kysymysasettelu erityisasiantuntijoille Erityisasiantuntijat Erityisasiantuntijoiden vastaukset YHTEENVETO LIITTEET LÄHTEET... 62

4 1 (58) 1 TAUSTA Harjoitustyö oli osa Hämeen ammattikorkeakoulun kestävän kehityksen koulutusohjelman Paikalliset ja globaalit ympäristökysymykset - opintojaksoa. Tehtävänä oli tutustua Suomessa käytettäviin in situ menetelmiin. Tehtävää oli tekemässä viisi ensimmäisen vuoden opiskelijaa. 2 JOHDANTO Maaperän pilaantuminen aiheuttaa riskejä sekä ympäristölle että ihmisten terveydelle. Suomessa on aluetta, joita epäillään tai on todettu pilaantuneiksi tai, joita on aiemmin kunnostettu. Yli puolet niistä sijaitsee asutuksen välittömässä läheisyydessä, noin 20 % pohjavesialueella ja 10 % luonnonsuojelualueilla. Eniten pilaantumisia on aiheuttanut polttoaineenjakelu. Muita aiheuttajia ovat mm. jätteiden käsittely ja teollinen toiminta. (Ympäristöhallinto 2013.) Pilaantunutta maata ja pohjavettä voidaan kunnostaa ex situ eli kaivamalla pilaantunut maa-aines pois ja kuljettamalla sekä loppusijoittamalla tai käsittelemällä sen toisaalla. On site -menetelmissä pilaantunut maa tai pohjavesi käsitellään maan pinnalla kunnostettavassa kohteessa. In situ - menetelmissä pilaantunutta maata tai pohjavettä kunnostetaan siirtämättä niitä paikoiltaan. Kunnostusmenetelmät perustuvat biologisiin, fysikaalisiin tai kemiallisiin reaktioihin. (Penttinen 2001, 8.) Ympäristöhallinnon käyttöön ja maaperän pilaantumista koskevien kohdetietojen hallintaan on kehitetty Maaperän tilan tietojärjestelmä MATTI, johon on tallennettu tietoja mahdollisesti pilaantuneista, pilaantuneiksi todetuista, puhdistetuista ja puhtaaksi todetuista alueista. Tietoja pääsevät katsomaan ympäristö-, maankäyttö- ja rakennusvalvontaviranomaiset. Kiinteistön omistajille on mahdollistettu kiinteistöjään koskevien tietojen tarkastelu ja päivitys. Laajempien alueiden osalta tiedusteluihin vastaa Suomen ympäristökeskus (SYKE). (Ympäristö n.d.) Lukuisten eri pilaavien haitta-aineiden määrän sekä haitta-aineiden erilaisten pitoisuuksien takia puhdistukseen on täytynyt kehittää paljon erilaisia menetelmiä, joiden soveltuminen kaikkeen puhdistamiseen ei ole käytännössä yksi yhteen esimerkiksi Suomen maaperäolosuhteet huomioiden. Kunnostusmenetelmä valitaan aina kohdekohtaisesti vastaamaan pilaantuneen kohteen erityispiirteitä, kuten esimerkiksi aromaattisilla hiilivedyillä pilaantunut maaperä- tai pohjavesialue. Kaikkia pilaantuneita maa-alueita ei voida, ei ole taloudellisesti kannattavaa tai esimerkiksi alueen syrjäisen sijainnin takia järkevää lähteä puhdistamaan. (Ympäristöopas 2010, 19.) Luonnollisesti puhdistusmenetelmän valintaan vaikuttaa taloudelliset seikat puhdistuksesta aiheutuvien kustannusten muodossa. Perinteisellä saastuneen maa-aineksen vaihtamisella, kuljettamisella ja käsittelyllä virallisessa vastaanottopisteessä, saadaan saastuneen maa-aineksen määrästä ja

5 2 (58) maasto-olosuhteista riippuen nopeammalla aikataululla tuloksia aikaan, mutta kulut voivat nousta huomattaviksi ja yllättää maksajan. Tätä osoittaa muun muassa vuoden 2012 YLE uutisointi, jossa Rovaniemellä oli todettu tutkimusten ja analyysiraporttien perusteella maaaineksen olevan puhdistustarpeessa valtioneuvoston asetuksien ylittävien öljyhiilivetyjen pitoisuuksien johdosta. Oli aloitettu saastuneen maan vaihto, koska viemäri- ja vesijohtolinjan kunnostustyön yhteydessä uuden viemärilinjan jo asennettua maahan ja kaivannon täytettyä linjalta kaivetuilla öljyisillä täytemaa-massoilla, oli tehdyn visuaalisen havainnon perusteella alettu pilaantunutta kohtaa tutkia tarkemmin. Johtopäätösten perusteella todettiin pilaantumisen aiheuttajaksi vuosikymmeniä paikallaan ollutta ja aiemmin rakentamisen yhteydessä käytettyä pilaantunutta maaainesta, mutta tarkkaa saastumisajankohtaa ei ole tiedossa. Paikalta kuljetettiin pois 4000 tonnia eli sata kasettirekallista saastunutta maata. 58 rekallista saastunutta maa-ainesta vietiin Kemiin Savaterralle puhdistettavaksi. Lisäksi Kuusiselän kaatopaikalle vietiin 42 kasettirekallista täytemaaksi kelpaavaa vähemmän saastunutta maa-ainesta. Rovaniemen kaupungille syntyi kustannuksia useiden satojen tuhansien eurosta kuljetuksista ja massanvaihdosta, saastuneen maa-aineksen puhdistamisesta, maanrakennustöistä, vuodenajan olosuhteista sekä lisäanalysoinneista. (YLE 2012.) Mona Lindforsin mukaan (2013) Suomessa on vielä tekemistä pilaantuneen maan puhdistuksen kannalta kohti optimoitua, kustannustehokasta ja kestävän kehityksen huomioivaa maankunnostusprosessia. Yleisesti huomioitavaa on että ongelmakohdat ovat tiedossa ja edistystä tapahtuu, mutta mullistavat ratkaisut antavat vielä toistaiseksi odottaa itseään. Suurimmiksi ongelmiksi koetaan tiedon ja kokemuksien puuttuminen eri menetelmistä, lupamenettelyyn liittyvät ongelmat ja puhdistustarpeen ennakoimattomuus. Teimme katsauksen pilaantuneiden maiden puhdistusprosesseihin Tankkihankkeen tiimoilta. Tässä raportissa käymme läpi kattavasti maaperän ja pohjaveden in situ -puhdistusmenetelmiä ja niiden käyttöä. On site - menetelmistä mukana ovat pump & treat pohjaveden puhdistamisen menetelmä sekä terminen maankäsittely, joka on myös ex-situ menetelmä ja hyvin yleinen käytössä oleva PAH-yhdisteiden puhdistamismenetelmä. Kiitämme kaikkia erityisasiantuntijoita osallistumisesta raportin kommentointiin ja ohjaukseen. Pyysimme erityisasiantuntijoilta kommentointeja koskien In-Situ menetelmiä saadaksemme käsityksen eri menetelmien käytöstä Suomessa. 3 MENETELMÄT 3.1 Biologinen ilmahuuhtelu Pilaantunutta maata voidaan huuhdella myös ilmalla. Biologisessa ilmahuuhtelu -menetelmässä pilaantuneeseen maaperään, pohjaveden pinnan yläpuolisiin maakerroksiin syötetään ilmaa tai happea. Happipitoisuuden

6 3 (58) kasvaessa maaperässä tapahtuva biologinen hajoaminen voimistuu. Happipitoisuuden parantamiseksi maaperästä voidaan ilmaa imeä pois alipaineimulla. Maaperään johdettu ilma myös kuljettaa haihtuvia yhdisteitä biologisesti aktiiviseen kerrokseen. (Penttinen 2001, ) Menetelmää on käytetty Suomessa aiemminkin, mutta varsinkin Keski-Euroopassa sitä on testattu tiheäasutetuilla keskusta-alueilla. (Abloy 2013.) Kuva 1 Biologinen ilmahuuhtelu (Penttinen 2001, 12) Soveltuvuus Menetelmä ei sovellu pintamaille tai alueille, joissa maan huono läpäisevyys tai epähomogeenisuus tai pohjaveden pinnan korkeus vaikeuttavat ilman liikkumista. (Penttinen 2001, 12.) Tampereen Epilän kaupunginosassa entisellä Abloy Oy:n 100 vuotta käytössä olleella teollisuustontilla nykyinen omistaja YIT puhdistaa aluetta ilmahuuhtelulla. Kevyemmin saastuneet maamassat puhdistetaan ilmalla huuhtelemalla paikan päällä. Raskaammin saastuneilta alueilta maaperästä kaivetaan pilaantunutta maa-ainesta ja vaihdetaan tilalle puhdasta maata. (Abloy 2013.) Ilmahuuhtelu -menetelmä soveltuu haitta-aineille, jotka hajoavat hapellisissa olosuhteissa kuten polttoaineille, PAH-yhdisteille ja klooratuille liuottimille. (Penttinen 2001, )

7 4 (58) Kuva 2 Entisen Abloy tehtaan tontin alipaineimurointia (YLE Uutiset Tekniikka 2013) Toimenpiteet Huokoskaasutekniikkaan perustuvassa puhdistusmenetelmässä maahan porataan putkia, jotka yhdistetään alipaineimuriin. Pilaantunut maa-aines huuhdellaan ilmalla niin monta kertaa, että maasta otettavat koenäytteet ovat puhtaita. Maata huuhdellut saastunut ilma ohjataan puhdistusyksikköön, jossa aktiivihiilisuodattimet keräävät liuotinpitoisesta maaaineksesta irronneet epäpuhtaudet. (Abloy 2013.) Rakennetuilla alueilla kaasun kertymisen riskiä voidaan minimoida keräysjärjestelmien ja suojakaivojen ja -rakennelmien avulla. (Penttinen 2001, 12.) Puhdistusvaikutus ja sen mittaaminen Menetelmällä voidaan saada vuosia lyhyempi käsittelyn kesto kuin pelkästään luontaisella biohajoamisella. (Penttinen 2001, ) Pilaantunut maa-aines huuhdellaan ilmalla niin monta kertaa, että maasta otettavat koenäytteet ovat puhtaita. (Abloy 2013.) Kustannukset ja kesto Menetelmällä voidaan saada vuosia lyhempi käsittelyn kesto kuin pelkästään luontaisella biohajoamisella. Menetelmän käyttökustannukset voidaan katsoa jäävän alhaisiksi. (Penttinen 2001, 12-13). Toisaalta Tampereen entisen Abloy Oy:n tehtaan kohdalla on arvioitu kestävän vuoden ja tulee kustantamaan useamman miljoona euroa. (Abloy 2013.)

8 Menetelmän rajoituksia 5 (58) 3.2 Maan huuhtelu Menetelmä ei sovellu savisiin maihin, joissa haitta-aineet eivät pääse kulkeutumaan. (Penttinen 2001, 12-13). Maan huuhtelulla tarkoitetaan toimenpidettä, jossa maahan tai pohjaveteen johdetaan imeyttämällä tai injektoimalla toisin sanoen puristamalla vettä, mikä voi sisältää myös haitta-aineen liukoisuutta lisäävää ainetta. Pilaantuneeseen maakerrokseen sitoutuneet haitta-aineet irtoavat pohjaveteen ja nousevat ylös pohjaveden pinnan nousun myötä, jolloin irronneet haittaaineet saadaan johdettua käsiteltäviksi. (Penttinen 2001, 28.) Soveltuvuus Maan huuhtelu on vasta kehittyvä tekniikka, josta ei ole käyttökokemusta Suomessa. (Penttinen 2001, 29.) Liuotinhuuhtelua voidaan käyttää joko haitta-aineiden lähteen tai siitä kauemmas kulkeutuneen haitta-aineen käsittelyssä. Haitta-aineiden liukenemisen lisäksi maan huuhtelulla voi olla orgaanisten yhdisteiden biologista hajoamista tehostava vaikutus. (Penttinen 2001, 28.) Maan huuhtelu sopii VOC- ja SVOC-yhdisteille eli puolihaihtuville orgaanisille yhdisteille, polttoaineille sekä pestisideille. Menetelmää voidaan käyttää in situ tai on site tavoin. (Heino 2011, 15.) Toimenpiteet Maan huuhtelussa maahan tai pohjaveteen johdetaan imeyttämällä tai injektoimalla vettä. Tätä prosessia voidaan tehostaa esimerkiksi veteen lisättävällä ja helposti sekoittuvalla orgaanisella liuottimella kuten alkoholilla, mikä johdetaan joko maaperän kyllästymättömään maakerrokseen tai pohjavesikerrokseen tai molempiin näihin edellä mainittuihin kerroksiin. (Penttinen 2001, 28.) Maaperästä johdettava ja pääsääntöisesti haitta-aineita ja liuotinta sisältävä vesi tulee käsitellä. Useimmissa tapauksissa tämä tapahtuu siten, että jätevesi pumpataan maan pinnalle esimerkiksi aktiivihiilisuodatukseen perustuvaan käsittelylaitokseen. Täältä käsitelty, puhdistettu vesi voidaan johtaa ympäristöön tai jatkokäsittelyyn kunnalliseen jätevesien puhdistuslaitokseen, jos puhdistettua vettä ei kierrätetä kunnostusprosessissa. (Penttinen 2001, 28.) Huuhtelunesteitä käsiteltäessä syntyy lietejätteen lisäksi kiinteää jätettä kuten käytettyjä aktiivihiilisuodattimia, jotka tulee toimittaa asianmukaiseen jätteen vastaanottopisteeseen. Ilmapäästöjen, haihtuvien yhdisteiden osalta tulee kunnostusprosessin aikana suorittaa tarkkailua ja tarvittaessa, etteivät ilmapäästöt tapahdu hallitsemattomasti. Lisäksi on syytä arvioida kohdekohtaisesti Maaperään tai pohjaveteen mahdollisesti jäävien huuhteluaineiden merkittävyys. (Penttinen 2001, 28.)

9 Puhdistusvaikutus ja sen mittaaminen 6 (58) Suomen maaperäolosuhteiden johdosta tämä menetelmä voi olla vaikeasti sovellettavissa käytäntöön, koska hyvin vettä läpäisevät, tasaisesti kerrostuneet hiekka-alueet ovat suhteellisen harvinaisia. Potentiaalisena vaarana on myös pilaantuneen alueen laajeneminen. Tästä syystä maan huuhtelua ei ole tiettävästi käytetty Suomessa. Lisäksi puhdistusprosessissa maaperään laitettavat lisäaineet voivat kiinnittyä maahan ja huonontaa maan läpäisevyyttä. Huuhtelunesteiden reaktiot maa-ainesten kanssa voivat vähentää haitta-aineiden liikkuvuutta ja siten niiden kulkeutumista käsittelyyn maanpinnalle. (Penttinen 2001, 29.) Kustannukset ja kesto Maan huuhtelussa kustannuksista suurin osa muodostuu haitta-aineita sisältävän nesteen käsittelyssä ja lisäaineiden erottelussa kierrätystä varten ja niiden määristä. Maan huuhtelu on kustannuksiltaan ja tehokkuudeltaan useimmiten huonompi vaihtoehto puhdistusmenetelmäksi kuin muut puhdistusmenetelmät. (Penttinen 2001, 29.) Menetelmän rajoituksia Tärkeillä pohjavesialueilla maan huuhtelu -menetelmää ei tule käyttää suuren pilaantumisriskin johdosta, vaan tulee testata kohdekohtaisesti ja käyttää ainoastaan, jos huuhteluneste ja siihen liuenneet haitta-aineet pystytään kontrolloimaan ja käsittelemään. Tämä riippuu mm. maaperän läpäisevyydestä, maan rakenteesta, ph:sta, kationinvaihtokapasiteetista ja puskurikyvystä sekä orgaanisen aineen määrästä (TOC). Maaperän huono vedenläpäisevyys ja heterogeenisyys heikentävät menetelmän käyttökelpoisuutta. Ympäristöluvan saaminen erityisesti liuottimia käytettäessä tehostamaan haitta-aineiden liukenemista on vaikeampaa, koska edellyttää vieläkin tarkempaa ympäristövaikutusten arviointia. (Penttinen 2001, 29.) 3.3 Reaktiiviset seinämät Reaktiivisella seinämällä tarkoitetaan maaperään asennettua, reaktiivista materiaalia sisältävää seinämärakennetta tai -vyöhykettä, jonka läpi pilaantunut pohjavesi johdetaan muuttamatta pohjaveden luonnollisia virtausreittejä. Pohjavedessä tapahtuu puhdistumista seinämän läpi kulkevien haitta-aineiden reagoidessa reaktiivisen materiaalin kanssa, muuntuessa samalla haitattomiksi tai alkuperäistä vähemmän haitallisiksi yhdisteiksi tai haitta-aineet pidättyvät seinämään. Klooratuilla liuottimilla pilaantuneen pohjaveden puhdistaminen raemuotoisen metalliraudan avulla kuuluu menetelmän yleisimpiin sovelluksiin. (Suomen ympäristö 2009). Muut yleisimmät reaktiivisessa seinämässä käytettävät materiaalit ovat kalkkikivi ja orgaaninen hiili. (Tierakennusmestari 2009.)

10 7 (58) Kuva 3. Reaktiivisen seinämän toimintaperiaate (Penttinen 2001, 48) Soveltuvuus Reaktiivisen seinämän käyttö ei tarvitse jatkuvaa energiapanosta tai prosessin ohjausta, koska se toimii pohjaveden luontaista virtausta hyväksi käyttäen. Koska se sijaitsee maanpinnan alapuolella, on alueen normaali käyttö asennuksen jälkeen mahdollista. Avaintekijänä reaktiivisen seinämän käytön onnistumiselle puhdistettavalla pohjavesialueella, on haittaaineiden kulkeutuminen suhteellisen helposti hallittavana vyöhykkeenä pohjavesivirtauksen mukana. (Suomen ympäristö 2009, 8.) Kuva 4 Esimerkkitapaus reaktiivisesta seinämästä (Suomen ympäristökeskus n.d.)

11 Toimenpiteet 8 (58) Reaktiivinen seinämä rakennetaan kohtisuoraan pohjaveden virtaussuuntaa vastaan. Reaktiivinen seinämä voidaan varustaa myös vedenvirtausta ohjaavilla seinämillä, jotka ohjaavat pohjaveden laajemmaltikin kulkemaan seinämän lävitse. (Tierakennusmestari 2009.) Yhtenäisessä seinämässä reaktiivista materiaalia on koko rakenteen laajuudessa. Tällöin koko haitta-ainevana kulkeutuu reaktiivisen materiaalin läpi. Kanavoidussa seinämässä rakenne koostuu läpäisemättömistä ohjausseinistä sekä yhdestä tai useammasta reaktiivista materiaalia sisältävästä portista. Yhtenäinen seinämä ja kanavoitu seinämä ovat reaktiivisten seinämien kaksi yleisimmin käytettyä rakennetyyppiä. Käytössä on myös rakenteen huoltoa ja reaktiivisen materiaalin regenerointia helpottamaan sopivia erilaisia reaktorisovelluksia. (Suomen ympäristö 2009, 8.) Puhdistusvaikutus ja sen mittaaminen Seinämateriaalin reaktiokyvyn ja hydraulisten ominaisuuksien on todettu säilyvän vähintään 10 vuoden ajan. Ennusteiden perusteella puhdistuskyky voi säilyä jopa 30 vuotta, joten voidaan puhua merkittävästä ajanjaksosta. Lähteenä on EnviroMetal Technologies Inc (2004). Seinämateriaalin tukkeutumista ei ole kuitenkaan voitu estää ja jo parin vuoden kuluttua joissakin kohteissa seinämän asennuksen jälkeen on havaittu huokosten lievää tukkeutumista seinämateriaalin ja muodostuman aineksen rajapinnassa. Tästä on aiheutunut virtausreittien ja viipymien seinämateriaalissa muuttuminen. Tukkeutumisen aiheuttajina ovat olleet karbonaatti-, rautaoksidi-, ja rautasulfidisaostumat. Biofilmien aiheuttamaa tukkeutumista ei ole havaittu. (Suomen ympäristö 2009, 8.) Metallisen raudan ollessa kontaktissa veden kanssa tapahtuu useita reaktioita raudan pinnalla kuten hapetus-pelkistysreaktioita, mineraalien saostumisia ja kemiallisia tasapainoreaktioita. Kuinka pitkäikäisenä reaktiivinen seinämä pysyy, riippuu oleellisesti myös seinämän reaktiivisen materiaalin kyvystä luovuttaa elektroneja. Reaktiivisen seinämän reaktiivisuuden heikentymistä kuvaa hajoamisnopeuksien hidastuminen ajan kuluessa. Reaktiivisuuden säilymisen kannalta huomattava merkitys on korroosiotuotteen laadulla, koska osa syntyneistä yhdisteistä estää elektronien siirtymisen kokonaan ja osa ei. (Suomen ympäristö 2009, 9.) Oriveden Pappilan kylässä on puhdistettu onnistuneesti reaktiivisella seinämällä pohjavettä viisi vuotta kestäneessä kunnostus- ja tutkimushankkeessa. Menetelmänä pilaantuneen pohjaveden puhdistamisessa on käytetty klooratuilla liuottimilla raemuotoisen metalliraudan avulla sovellusta. Seinämän rakentaminen alueelle oli vaativaa johtuen maakerroksen paksuudesta, sen hyvästä vedenjohtokyvystä sekä tiheästä omakotiasutuksesta. Tuloksien perusteella sen lisäksi, että on ollut todettavissa reaktiivista seinämää voitavan käyttää tuloksellisesti pohjaveden puhdistamisessa vedenhankinnalle tärkeillä pohjavesialueilla, on myös saatuja tuloksia mahdollista hyödyntää pilaantuneen pohjaveden puhdistamiseen sekä pohjaveden suojeluun liittyvässä toiminnassa että ympäristövalvontaan liittyvässä päätöksenteossa ja tuotekehittelyssä. (Tekniikka & Talous 2009.)

12 Kustannukset ja kesto 9 (58) Suurimmat kustannukset syntyvät tavallisesti materiaalihankinnoista ja reaktiivisen seinämän asennuksesta. Aluekohtaiset toimituskustannukset vaikuttavat myös materiaalihankintoihin. Seinämärakenteen asennuksessa kustannuksiin vaikuttavat lisäävästi seinämän suuruus, asennussyvyys ja rakennustekninen asennuksen vaikeus. Asennuskustannuksiin vaikuttavat myös patentoitujen menetelmien käyttölisenssimaksut. Tavanomaista tarkempien materiaalitestien tarve voi aiheuttaa huomattavia lisäkustannuksia niissä hankkeissa, joissa tietynlaista reaktiivista materiaalia käytetään ensimmäisen kerran. Injektointitekniikoiden kehittymisen myötä lähitulevaisuudessa rakennuskustannuksien uskotaan alenevan myös teknisesti ongelmallisissa kohteissa. (Ympäristönsuojelu 2003.) Oriveden Pappilan kylän tapauksessa reaktiivisen seinämän rakentamiskulut kohosivat euroon, jossa olivat mukana myös rautalastun materiaalikulut. (Tekniikka & Talous 2009.) Menetelmän rajoituksia Edellyttää yksityiskohtaisia hydrogeologisia maastotutkimuksia, materiaalin laboratoriotestejä sekä huolellista rakennesuunnittelua, jotta voidaan varmistaa reaktiivisen seinämän tuloksellinen toiminta sekä hydraulisesti että puhdistumisprosessin kannalta. Tiheä asuinalue lisää myös seinämän rakentamisen vaativuutta. (Tekniikka & Talous 2009.) Jälkiseurannan ohella pohjaveden ja maanalaisen ympäristön tutkimuksissa mietitään vastaanottavaa maaperää, pohjaveden virtausominaisuuksia ja sidottavien aineiden kemiaa. (Tierakennusmestari 2009.) 3.4 Pohjaveden ilmastus Maaperässä olevien haihtuvien yhdisteiden poistumisen nopeuttamiseksi ilmastetaan pohjavettä. (Riinanen 2001, 46.) Ilmastuksen tarkoituksena on myös hapettaa vettä ja poistaa hiilidioksidia. Pumpulla veteen syötettävästä ilmasta liukenee happea veteen. Ilmastus toimii myös poistaessaan hiilidioksidia vedestä osana alkalointiprosessia. Tällöin veden ph ja alkaliteetti nousee. (Tuusula n.d.) Ilmastointi on yksi vaihtoehtoisista alkalointimenetelmistä, joita ovat tämän lisäksi kemikaalin lisäys ja kalkkikivisuodatus. (Wiki n.d.)

13 10 (58) Kuva 5. Pohjaveden ilmastuksen toimintaperiaate (Penttinen 2001, 46) Kuva 6. Ilmastustornin yläosasta (Tuusula n.d.) Soveltuvuus Pohjaveden ilmastus menetelmä on ollut käytössä 1980-luvun puolivälistä lähtien, jossa etuna ovat muun muassa suhteellisen alhaiset käyttökustannukset ja in situ -menetelmänä sen käyttäminen on mahdollista myös rakennetulla alueella. Menetelmä soveltuu kun kyseessä ovat helposti haihtuvat orgaaniset yhdisteet, polttoaineet, ja onkin melko yleinen menetelmä muun muassa polttoaineilla pilaantuneiden huoltoasematonttien kunnostuksessa. Menetelmä ei sovellu kun kyseessä ovat epäorgaaniset haittaaineet. Haitta-aineiden kulkeutumiseen ja hajoamiseen liittyvien kohdekohtaisten monimutkaisten maaperän fysikaalisten, kemiallisten ja biologisten prosessin johdosta tämän menetelmän käyttämiseen liittyy monia epävarmuustekijöitä. (Riinanen 2001, 46.)

14 11 (58) Kuva 7. Tuusulan kunnan Paippisten vedenkäsittelylaitoksen ilmastustornit (Tuusula n.d.) Toimenpiteet Pohjaveden ilmastuksessa injektoidaan, puristetaan paineistettua ilmaa pilaantuneeseen pohjavesikerrokseen. Ilmakuplat kulkeutuvat maahuokosten välissä pysty- ja vaakasuuntaisesti irrottaen maassa ja pohjavedessä olevia haitta-aineita, jotka kulkeutuvat ilmakuplien tai jatkuvan ilmavirran mukana ylös kohti maan kyllästymätöntä kerrosta. Injektoitavan ilman virtausnopeus pidetään suurena, jotta pohjaveden ja maaperän välinen kontakti kasvaisi ja haitta-aineiden irtoaminen tehostuisi. Pidettäessä injektoitavan ilman virtausnopeus suhteellisen alhaisena saavutetaan biologisen hajotuksen tehostuminen. Pohjaveden ilmastuksen ohella käytetään usein huokosilmatekniikkaa poistamaan helposti haihtuvia orgaanisia yhdisteitä kyllästymättömästä kerroksesta. Ilman ohella pohjaveteen voidaan lisätä metaania tehostamaan kloorattujen hiilivetyjen kometabolista hajoamista. (Penttinen 2001, 46.) Puhdistusvaikutus ja sen mittaaminen Menetelmän käytöllä voidaan saada aikaan pohjavedessä ja maassa tapahtuvan biologisen hajoamisen lisäystä, ja ravinteiden avulla voidaan tehostaa biohajoamista. Lyhyellä ajanjaksolla tarkasteltuna haihtuminen on kuitenkin yleensä haitta-aineita merkittävämmin poistava tekijä kuin biohajoaminen. ( Penttinen 2001, 46.) Kustannukset ja kesto Muutamasta tuhannesta eurosta alkaen ja pohjaveden ilmastus menetelmän käytössä menee yleensä muutama vuosi. (Riinanen 2001, 47) Menetelmän rajoituksia Pohjaveden ilmastus ei sovellu haihtumattomille ja biohajoamattomille haitta-aineille eikä hyvin tiiviiseen maaperään. Kohteessa tai sen välittö-

15 3.5 Fytoremediaatio 12 (58) mässä läheisyydessä olevat rakennukset ja rakenteet voivat olla vaarassa maaperän rakenteessa tapahtuvien muutosten vuoksi. Kontrolloimattomat haihtuvat haitta-aineet voivat kulkeutua rakennusten kellarikerroksiin tms. Kohteen geologisten ominaisuuksien tietäminen ja haitta-aineiden syvyyssuuntainen jakautuminen ovat tärkeitä suunniteltaessa ilmastussysteemiä. Esimerkiksi maaperän kyllästyneessä kerroksessa ilman virtaus voi olla epätasaista, mikä aiheuttaa kaasujen epätasaista kulkeutumista. Maaperän hajanaisuus voi olla syynä siihen, ettei injektoitu ilma ulotu kaikkiin pilaantuneen kohteen osiin, jolloin seurauksena on puhdistustuloksen heikentyminen. Onkin tärkeää suunnitella kohdekohtaisesti olosuhteisiin sopiviksi ilman injektointikaivojen sijainnit ja syvyydet. (Penttinen 2001, 47) Fytoremediaatiolla tarkoitetaan pilaantuneen maan, pohjaveden tai sedimentin puhdistamista kasvien avulla. Menetelmän teho perustuu kasvien kykyyn ottaa haitta-aineita maasta juurillaan ja hajottaa tai muuntaa niitä haitattomaan muotoon. Tätä kutsutaan fytodegradaatioksi. Fytoekstraktiossa haitta-ainetta kertyy kasviin, jolloin osa aineesta saadaan poistettua maaperästä keräämällä kasvit ja jatkokäsittelemällä ne esim. polttamalla. Maaperään sitouttaminen eli fytostabilointi perustuu juuriston kykyyn ehkäistä eroosiota sekä vähentää haitta-aineiden liikkuvuutta ja bioaktiivisuutta. Ritsodegraatio tarkoittaa juuristomikrobien toiminnasta johtuvaa haitta-aineiden hajoamista. Fytovolatilisaatiossa kasvit haihduttavat ottamansa haitta-aineet ilmakehään. Fytoremediaatiota voidaan käyttää myös puhdistuksen viimeistelyyn muiden puhdistusmenetelmien jälkeen sekä yhdessä joidenkin menetelmien kanssa. (Palmroth 2006, 5 6; Penttinen 2001, 18; Sillanpää 2007, 5.) Fytoremediaatiossa käytetään lähinnä putkilokasveja. Kasvin valintaan vaikuttaa kunnostettavan alueen sijainti ja olosuhteet sekä aluetta pilaava haitta-aine. Suomessa käytettyjä puulajeja ovat haapa ja erityisesti sen hybridimuodot, rauduskoivu, mänty ja kiiltopaju. Ruohovartisista kasveista fytoremediaatiossa voidaan käyttää mm. valkolupiinia, kuituhamppua, valkoapilaa, hernettä ja ruohokasveja esim. ruokonataa. Puhdistamiseen voidaan käyttää joko yhtä kasvilajia tai useamman lajin sekakasvustoa. (Manninen-Egilmez, Mäkelä, Hartikainen, Santanen, Seppänen, Stoddard & Yli-Halla 2010, 7; Palmroth 2006, 5; Sillanpää 2007, 26, 54.)

16 13 (58) Kuva 8. Fytoremediaatioprosessien toimintaperiaatteet (Pellinen 2003, 11). Soveltuvuus Menetelmä soveltuu hyvin laajojen, pintaosiltaan pilaantuneiden alueiden käsittelyyn. Saastuneen alueen soveltuminen fytoremediaatioon riippuu käytettävästä kasvilajista ja sen kasvuvaatimuksista, saastuneen maaalueen syvyydestä ja iästä sekä puhdistettavasta haitta-aineesta. Menetelmän on todettu tehoavan hyvin dieselöljyllä pilaantuneiden maiden käsittelyyn, mikäli sitä käytetään pian pilaantumisen jälkeen. Pitkään saastuneena olleilla alueilla teho on huono. (Palmronth 2006, 5, 48, 60; Penttinen 2001, 18.) Menetelmällä voidaan käsitellä sekä orgaanisilla että epäorgaanisilla aineilla pilaantuneita alueita. Orgaanisista aineista hiilivetyjä, BTEX - aineita (bentseeni, tolueeni, etyylibentseeni, xyleeni), kloorattuja liuottimia, polyaromaattisia hiilivetyjä eli PAH -yhdisteitä, liiallisia ravinteita (N, P) sekä joitakin räjähdysaineita esim. nitrotolueenia voidaan puhdistaa kasvien avulla. Epäorgaanisista ainesta raskasmetallit (esim. Pb, Ni, Cu, Zn, Fe, Mn, Al) soveltuvat kasvien avulla poistettaviksi. (Penttinen 2001, 19.) Raskasmetallien puhdistaminen perustuu fytoektraktioon. Menetelmässä käytetään ruohovartisia kasveja, sillä niiden poistaminen ja kasvuston uusiminen on helppoa. Fytoextraktiokäsittely joudutaan usein uusimaan useita kertoja riittävän puhdistustason saavuttamiseksi. Öljyhiilivetyjen poistuminen maaperästä perustuu fyto- ja ritsodekraatioon, jolloin puhdistumisen tehoa lisää laaja juuristo ja pitkäikäisyys. Öljyhiilivetyjen puhdistamisessa voidaan käyttää sekä puita että ruohovartisia kasveja. PAH - yhdisteiden puhdistamisessa voidaan fytoremediaatio yhdistää esim. elektro-fentonin menetelmän kanssa. (Manninen-Egilmez ym. 2010, 7; Palmroth 2006, 48; Sillanpää 2007, 5.) Toimenpiteet Kunnostuksessa puut istutetaan noin viisi kertaa metsätalousistutuksia tiheämmäksi kasvustoksi. Puuntaimien kasvuunlähdön takaamiseksi voi aluskasvillisuuden niitto olla tarpeen. Kasvien kuntoa ja kasvua seurataan

17 14 (58) ja kuolleiden kasvien tilalle vaihdetaan uudet. Istutuksen yhteydessä sekä kuivina kausina kastelu voi olla tarpeen. Kunnostettavan alueen lannoittaminen edistää puhdistumista. Maaperän mikrobitoiminnan tasoa voidaan mitata kunnostusalueelle asennettavan huokoskaasuputkiston avulla. Pohjavesialueella kunnostettavalle alueella pohjaveden tilaa voidaan seurata pohjavesiputkien kautta. (Palmroth 2006, 32; Sillanpää 2007, 26 28) Puhdistusvaikutus ja sen mittaaminen Puhdistusvaikutusta mitataan ottamalla kunnostettavalta alueelta maaja/tai vesinäytteitä, joista tutkitaan haitta-ainepitoisuus sekä toksisuus. Toksisuuden määrittämiseen voidaan käyttää indikaattorina esim. valobakteeria (Vibrio fischeri) tai änkyrimatoa (Enchytraeus albidus) pitkäaikaista altistumista mitattaessa. Myös kasvien kasvu ja ulkonäkö indikoivat alueen toksisuutta. (Sillanpää ; Palmroth 2006, 18, 29.) Kustannukset ja kesto Fytoremediaation kustannukset muodostuvat kasveista ja niiden istuttamisesta, alueen seurannasta sekä mahdollisesta lannoituksesta, kastelusta sekä kasvuston keräämisestä ja jatkokäsittelystä. Kustannukset riippuvat kunnostettavan alueen koosta sekä käytettävästä menetelmästä. Puhdistumisen kesto riippuu puhdistettavasta aineesta. Menetelmä ei ole nopea, sillä se perustuu kasvien aineenvaihduntaan. Maan kunnostusvaikutuksen voi puilla puhdistettaessa todeta luotettavasti noin vuoden kuluttua kunnostuksen aloittamisesta. (Palmroth 2006, 3 5; Sillanpää2007, 60.) Menetelmän rajoituksia Viileä ilmasto ja lyhyt kasvukausi voivat rajoittaa menetelmän tehoa. Fytoremediaatio ei sovellu syvältä pilaantuneille alueille juuriston rajallisen ulottuvuuden vuoksi. Myöskään kovin voimakkaasti saastuneilla alueilla menetelmää ei voi käyttää, sillä liian korkea haitta-ainepitoisuus voi heikentää kasvien itävyyttä ja kasvua. Pitkään saastuneena olleen alueen puhdistamisessa haitta-aineiden biosaatavuus heikkenee, jolloin puhdistuksen teho laskee. Ei sovellu myöskään kohteisiin, joissa vaaditaan nopeita tuloksia. Fytoremediaation käyttöön liittyy epävarmuustekijöitä, sillä kokemusta menetelmän käytöstä Suomen olosuhteissa on vielä melko vähän. (Palmroth 2006, 5; Sillanpää 2007, 5, ) 3.6 Huokoskaasukäsittely Huokoskaasukäsittelyllä tarkoitetaan maaperän huokostilassa olevien haihtuvien aineiden poistamista alipaineen avulla. Menetelmässä maaperään asennetaan imuputkia, joita pitkin huokoskaasu imetään maan pinnalle käsiteltäväksi. Imetty kaasu johdetaan vedenerottimen läpi ja haittaaineet poistetaan katalyyttipolttimella polttamalla tai aktiivihiilisuodatuksella. Vedenerottimella erotettu vesi käsitellään kohteessa tai viedään muualle käsiteltäviksi. Ne voidaan myös johtaa sade- tai jätevesiviemäriin tai suoraan pintavesistöön haitta-ainepitoisuudesta riippuen. Klooratut yhdisteet käsitellään aktiivihiilisuodatuksella, sillä niiden poltossa voi muodostua dioksiineja ja furaania. Huokoskaasukäsittely on vakiintunut mene-

18 15 (58) telmä mm. huoltoasemakiinteistöjen maaperän kunnostamiseen. (Mroueh, Vanhanne, Eskola, Pasanen, Wahlsrtöm, Mäkelä & Laaksonen 2004, 217, 225; Penttinen 2001, 17; Sarkkila, Mroueh & Leino-Forsman 2004, 110.) Kuva 9 Huokoskaasukäsittelyn toimintaperiaate (Mroueh ym. 2004, 218). Soveltuvuus Huokoskaasukäsittely soveltuu rakennettujen alueiden puhdistamiseen, joissa maan kaivaminen ei ole mahdollista. Menetelmää voidaan käyttää jopa 100 m:n syvyyteen, mutta puhdistettavan kerroksen paksuus tulee olla vähintään 1,5 m. Menetelmä soveltuu parhaiten kuivan ja läpäisevän maaperän puhdistamiseen pohjaveden yläpuoliselta alueelta. Sillä voidaan poistaa sekä kloorattuja että klooraamattomia orgaanisia yhdisteitä (VOC) ja joitakin puolihaihtuvia orgaanisia yhdisteitä (SVOC). (Mroueh ym. 2004, 217; Penttinen 2001, 16 17; Sarkkila ym. 2004, 104.) Puolihaihtuvien aineiden poistumista voidaan tehostaa tai maaperän ominaisuuksien rajoittavuutta vähentää parantamalla aineiden liikkuvuutta, haihtuvuutta tai biohajoavuutta. Tehostamismenetelmiä ovat mm. maaperän lämmittäminen lämpimällä ilmalla tai höyryllä, ilmainjektio joko kyllästyneeseen tai kyllästymättömään kerrokseen, paineilmainjektio sekä bioilmastus. Vedenkyllästämän alueen soveltuvuutta käsittelyyn voidaan parantaa pumppaamalla pohjavettä alemmaksi. (Mroueh ym. 2004, ; Penttinen 2001, ) Huokoskaasukäsittelyä voidaan käyttää myös esi- tai jälkikäsittelymenetelmänä. Lisäksi se soveltuu täydentäväksi menetelmäksi rakenteiden alapuolisen maaperän puhdistamiseen tai haitta-aineiden sisäänpääsyn ehkäisemiseen. (Mroueh ym. 2004, 220.) Toimenpiteet Huokoskaasukäsittelyn suunnitteluvaiheessa selvitetään maaperän kosteus, kerrosrakenne, maalajit sekä niiden veden- ja kaasunläpäisevyys. Haittaaineista selvitetään niiden laatu ja pitoisuudet sekä esiintymislaajuus maaperässä, huokoskaasutilassa ja pohjavedessä. Myös pohja- ja orsiveden pinnankorkeus, laatu sekä virtaussuunta selvitetään. Tarvittavan puhdis-

19 16 (58) tuskaluston mitoitus määritetään kenttäkokeiden avulla. Kokeessa selvitetään yksittäisen imukaivon vaikutussäde, kaasun virtausmäärä, poistuvan haitta-aineen määrä sekä optimaalinen alipaine. Kaasunpumppauskaivojen määrä ja käytettävien imureiden teho valitaan siten, että koko käsiteltävälle alueelle saadaan muodostumaan alipaine. Imuputkisto voidaan asentaa joko vaaka- tai pystysuuntaan. Imukaivon vaikutussädettä voidaan kasvattaa ja haitta-aineiden haihtumista maanpinnan kautta ehkäistä peittämällä käsiteltävä alue esim. geomembraanilla. (Penttinen 2001, 16; Sarkkila ym. 2004, ) Käsittelyn aikana tarkkaillaan pumpattavan huokoskaasun määrää, painetta, kosteutta ja kokonais-voc -pitoisuutta. Myös kaasunkäsittelylaitteiston läpäisseen kaasun haitta-ainepitoisuutta sekä mahdollisten haitallisten hajoamistuotteiden pitoisuutta seurataan. Ulkoilman lämpötilaa, pohjaveden tasoa, tarkkailukaivojen painetta sekä alueella mahdollisesti sijaitsevien asuin- tai työtilojen sisäilman haitta-ainepitoisuutta mitataan myös. Lisäksi seurataan kondenssiveden määrää ja pitoisuuksia sekä laitteiston toimintaa. (Mroueh ym. 2004, ; Sarkkila ym. 2004, 111.) Puhdistusvaikutus ja sen mittaaminen Kunnostustulosta arvioidaan huokoskaasun, maaperän ja pohjaveden haitta-ainepitoisuuksien avulla. Käsittely voidaan lopettaa, kun huokoskaasun haitta-ainepitoisuus vakiintuu. Pitoisuuksien vakiintuminen varmistetaan noin viikon kuluttua puhdistamisen lopettamisesta tehtävällä uusintapumppauksella. Sillä varmistetaan, ettei maaperään ole jäänyt huonosti haihtuvia haitta-aineita. Uusintapumppaus toistetaan tarvittaessa. Lähtötasotietojen ja kunnostuksen aikaisten mittausten perusteella laskettava epäpuhtaustase otetaan myös huomioon käsittelyn lopettamisesta päätettäessä. Käsittelyn päättymisen jälkeen alueen tilaa seurataan ainakin vuoden ajan puolivuosittain otettavien huokoskaasu-, pohjavesi- ja maaperänäytteiden avulla. Jos kunnostuksessa ei päästä tavoiteltuun haittaainepitoisuuteen, tehdään alueelle riskinarviointi, jonka perusteella päätetään jatkotoimenpiteistä. (Mroueh ym. 2004, 238; Sarkkila 2004, 112.) Kustannukset ja kesto Huokoskaasukäsittelyn kesto ja hinta riippuvat kohteesta. Tyypillisesti käsittely kestää puolesta vuodesta vuoteen. Käsittelyn kustannus riippuu mm. käsiteltävän alueen koosta, käsittelyn kestosta ja huokoskaasun käsittelytavasta. Kustannus vaihtelee välillä /t. (Palmroth 2006, 3; Penttinen 2001, 17.) Menetelmän rajoituksia Huokoskaasukäsittelyllä ei päästä täysin puhtaaseen lopputulokseen. Se toimii huonosti alhaisilla haitta-ainepitoisuuksilla eikä sovellu epäorgaanisten haitta-aineiden poistamiseen. Menetelmä ei sovellu myöskään pohjavedellä kyllästyneen maan puhdistamiseen. Käyttöä rajoittavat maaperän korkea kosteus-, hienoaines- ja orgaanisen aineksen pitoisuudet sekä heterogeenisyys ja kerrostuneisuus, korkea pohjaveden pinta ja sen vaihtelut. Korkea hienoaineksen määrä estää kaasujen liikkumista ja sitoo haitta-

20 3.7 Eristäminen 17 (58) aineita. Yli 20 % savipitoisuus heikentää käsittelyn tehoa merkittävästi. Myös orgaaninen aines sitoo haitta-aineita itseensä. Haitta-aineet voivat myös liueta joko pohja- tai huokosveteen, jolloin niiden haihtuminen hidastuu. (Penttinen 2001, 17; Sarkkila ym. 2004, ) Eristämisen tarkoituksena on estää pilaantuneen maan sisältämien haittaaineiden leviäminen ympäristöön sekä ihmisten ja eläinten joutuminen kosketuksiin niiden kanssa. Tavoitteena on myös ehkäistä ilman pääsyä saastuneeseen kohteeseen ja siten rajoittaa haitta-aineiden reagointia hapen kanssa. Pintaeriste ehkäisee sade- ja pintavesien pääsyn pilaantuneeseen maahan. Pystyeristeet estävät suotovesien valumisen ympäristöön, eristävät pilaantuneen maan pohjavedestä sekä maassa virtaavasta vedestä, muuttavat pohjaveden virtausta ja pinnan tasoa, rajoittavat kaasupäästöjä sekä vakauttavat maata. Haitta-aineiden kulkeutumista voidaan tarvittaessa ehkäistä tiivistämällä pohjamaata. (Penttinen 2001, 40; Sarkkila ym. 2004, 64.) Eristäminen tehdään yleensä keinotekoisen eristeen ja mineraalisen tiivisteen yhdistelmärakenteena. Mineraalinen tiiviste ehkäisee nestevirtauksen syntymisen keinotekoiseen tiivisteeseen mahdollisesti muodostuvien reikien kautta. Keinotekoisina eristemateriaaleina käytetään mm. polyolefiinimuoveista valmistettuja geomembraaneja ja asfalttia. Mineraalisina tiivistemateriaaleina käytetään mm. bentoniittia, maabentoniittia, savea, sementtiä ja erilaisia teollisuuden sivutuoteseoksia. Eristämistä voidaan käyttää ympäristön suojaamiseen myös muita kunnostusmenetelmien käytettäessä. (Sarkkila ym. 2004, ) Kuva 10. Eristämisen periaate (Penttinen 2001, 40). Soveltuvuus Eristämistä käytetään kohteissa, joissa maan kaivaminen tai sen puhdistaminen ei ole mahdollista. Menetelmä soveltuu raskasmetalleilla, asbestilla, epämetalleilla ja syanideilla pilaantuneen maan käsittelyyn. Eristämisen onnistumisen kannalta on olennaista, että pilaavan aineen kulkeutuminen on vähäistä. Menetelmää voidaan rajoitetusti käyttää myös orgaanisilla aineilla pilaantuneisiin maihin. (Penttinen 2001, 41; Sarkkila ym. 2004, 64, 71.)

21 Toimenpiteet 18 (58) Eristettävät haitta-aineet voivat olla pysyviä tai hitaasti hajoavia, joten eristysmateriaalien tulee olla pitkä-ikäisiä. Lisäksi niiden tulee kestää kuivumista, jäätymistä ja haitta-aineen kemiallisia vaikutuksia sekä olla riittävän tiiviitä eri kulkeutumismekanismeja vastaan. Pintaeristemateriaalin tulee lisäksi kestää sadeveden ph:n vaihtelut sekä jyrsijöiden, juuriston ja mikro-organismien vaurioittamispaine. Mineraalisten eristysmateriaalien kestoa kohteen haitta-aineelle voidaan testata esim. altistamalla ne kohteen kanssa kemiallisesti samanlaisille suotovesille. (Sarkkila ym. 2004, ) Pystyeristeenä käytetään maabentoniittiseosta tai sementtibentoniittilietettä. Ne rakennetaan yleensä bentoniittilietteellä tuettuun kaivantoon ja niiden alaosa kaivetaan tiiviin pohjamaan sisään rakenteen tiiviyden varmistamiseksi. Pystyeriste voidaan rajata myös kallioon, mikäli kallio on riittävän tiivis ja eristeen ja kallion välinen liitoskohta saadaan kyllin tiiviiksi. Mineraalisen tiivisteen lisäksi pystyeristeessä käytetään yleensä HDpolyeteenistä valmistettua geomembraania. Pystyeriste voi olla myös reaktiivinen, jolloin se joko sitoo tai hajottaa haitta-aineita. Vedenpinnan tulee säilyä pystyeristeen sisäpuolella ulkopuolta alempana, jolloin haittaaineiden kulkeutumista voi tapahtua ainoastaan diffuusion avulla. (Sarkkila ym. 2004, ) Pintarakenteeseen kuuluu varsinaisen eristeen lisäksi salaojakerros, suojakerros ja kasvukerros. Pintavedet johdetaan ojituksen eristettävän alueen ohitse. Pohjarakenteena toimii yleensä tiivis pohjamaa tai kallio. Tarvittaessa pohjamaan tiiviyttä lisätään esim. bentoniitti- tai sementti-injektioilla. (Penttinen 2001, 40; Sarkkila ym. 2004, 71.) Puhdistusvaikutus ja sen mittaaminen Eristämistä käytettäessä varsinaista puhdistusvaikutusta ei tule. Menetelmän käyttö vaatii kuitenkin ympäristön seurantaa toimenpiteen jälkeen. Eristettävälle alueelle tehdään maaperän laadun, koostumuksen ja vesiominaisuudet sekä haitta-aineiden ominaisuudet huomioiva havaintopisteverkko, jonka avulla seurataan pilaantuneesta massasta mahdollisesti syntyviä päästöjä. Erityisesti veden laatua seurataan. Eristettävälle alueelle asennetaan pohjavesiputkia, joista pohjaveden laatua seurataan ennen alueen eristämistä ja sen jälkeen. Suotovesien määrää ja laatua sekä valumavesien laatua tarkkaillaan useiden vuosien ajan 3 4 kertaa vuodessa. Vesinäytteet otetaan alueelle rakennetuista kokoomakaivoista tai keräilyojista. Tarvittaessa seurataan myös huokoskaasun pitoisuuksia. (Sarkkila ym. 2004, ) Kustannukset ja kesto Eristäminen on nopea tapa käsitellä pilaantunutta maata. Kustannukset riippuvat käsiteltävästä kohteesta sekä käytettävistä materiaaleista. Kustannus vaihtelee välillä /t. (Palmroth 2006, 3; Penttinen 2001, 41.)

22 Menetelmän rajoituksia 19 (58) Eristäminen ei poista haitta-aineita maaperästä. Mikäli eristysrakenne jostain syystä pettää, aineet voivat päästä ympäristöön. Menetelmä ei sovellu haihtuvien yhdisteiden ja vain rajoitetusti orgaanisten yhdisteiden käsittelyyn. Eristemateriaalit altistuvat biologiselle, fysikaaliselle ja kemialliselle rasitukselle, mikä voi heikentää niiden tiiviyttä. Pohjaveden pinnan alapuolelle ulottuvan pilaantumisen käsittely menetelmällä on vaikeaa ja aiheuttaa lisätoimenpiteitä pohjaveden kunnostamiseksi. (Penttinen 2001, 40.) 3.8 Anaerobinen dehalogenointi Anaerobinen dehalogenointi on pohjaveden kunnostuksessa käytettävä bioremediaatiomenetelmä, jossa halogenoidut yhdisteet kuten klooratut eteenit hajoavat hapettomissa olosuhteissa. Menetelmä perustuu vedessä elävien dehalococcoides sp. -bakteerien toimintaan. Dehalococcoides ethenogenes -bakteerit hajottavat tetra- (PCE) ja trikloorieteenin (TCE) dikloorieteenin (DCE) ja vinyylikloridin (VC) kautta eteeniksi ja etaaniksi, jotka haihtuvat hapellisissa olosuhteissa. (Tonteri 2012, 10.) Kuva 11. PCE:n hajoamisreaktio (Tonteri 2012, 11). Soveltuvuus Anaerobinen dehalogenointi soveltuu kloorattujen hiilivetyjen, tetra- ja trikloorieteenin, poistamiseen pohjavedestä. Menetelmää voidaan käyttää laajalti pilaantuneiden ja esim. rosopohjaisuuden vuoksi vaikeasti puhdistettaviin kohteisiin. Anaerobista dehalogenointia voidaan käyttää yhdessä esim. reaktiivisen seinämän ja pump & treat menetelmän kanssa. (Tonteri 2012, 10, 43.) Toimenpiteet Ennen käsittelyä kohteen biologinen soveltuvuus menetelmään selvitetään, jotta mikrobien haitta-aineenhajotuspotentiaali saadaan selville. Myös puhdistettavan pohjaveden kemiallinen ja biokemiallinen koostumus selvitetään. Käsittelyn aikana seurataan orp-lukemaa (oxidtion reduction potential) sekä happipitoisuutta sekä pohjeveden haitta-ainepitoisuutta, jotka kertovat puhdistusprosessin etenemisestä ja bakteerien toimintaolosuhteista. (Tonteri 2012, 17.) Dehalogenaatiossa orgaanisen yhdisteen halogeeniatomi korvautuu vetyatomilla. Toimiakseen prosessi vaatii ulkopuolisen elektroninluovuttajan, joka toimii samalla energianlähteenä. Elektroninluovuttaja valitaan käsiteltävään kohteeseen soveltuvaksi sen ympäristöolosuhteiden kuten happipitoisuuden, maalajikoostumuksen ja ravinteisuuden mukaan. Anaerobisessa dehalogenoinnissa pohjaveteen syötetään injektioputken kautta

23 3.9 Geosäkki 20 (58) elektroninluovuttajia sisältävää ravinneliuosta. Liuos kiihdyttää mikrobitoimintaa ja tehostaa mikrobien kykyä hajottaa kloorattuja eteenejä. (Tonteri 2012, 10, 24) Puhdistusvaikutus ja sen mittaaminen Puhdistusvaikutuksen mittaamiseksi kunnostettavasta kohteesta tulee suorittaa jatkuvaa näytteenottoa. Biologisen puhdistuksen onnistumista indikoi haitta-aineen pitoisuuden laskeminen sekä haitta-aineen hajoamistuotteiden määrä. (Tonteri 2012, 16 17, 28.) Kustannukset ja kesto Anaerobisen dehalogenoinnin kustannukset riippuvat kunnostettavan kohteen koosta ja puhdistusajasta. Kolmessa vuodessa voidaan havaita selkeää paranemista kunnostettavalla alueella. Puhdistuksen kokonaiskestoon vaikuttaa mm. puhdistettavan kohteen pilaantumisen taso. (Tonteri 2012, ) Menetelmän rajoituksia Anaerobisen dehalogenoinnin onnistuminen riippuu kunnostettavan kohteen biologisesta soveltuvuudesta käsittelyyn. (Tonteri 2012, 25.) Geosäkki puhdistusmenetelmää on aloitettu käyttämään 2000-luvulla pohjasedimenttien ja vastaavan hyvin lietemäisen maa-aineksen kuivattamiseen. Menetelmä perustuu veden ja hienoaineksen erottamiseen suodattamalla. (Purmonen 2012, 27.) Kuva 12 Geosäkki käytössä Helsingissä (Kuntatekniikka 2005)

24 Soveltuvuus 21 (58) Hollantilaista menetelmää on Suomessa käytetty lähinnä paperitehtaiden lietelampien puhdistuksessa. (YLE 2010.) Toimenpiteet Vesistön pohjassa sijaitseva puhdistettava sedimentti ruopataan ja pumpataan samalla rannalle levitettäviin geosäkkeihin. Vesi poistuu geosäkeistä painovoiman avulla ilman koneellista apua, jolloin säkkiin jää pilaantunut hienomaa-aines. Kemikaalien lisäys ruopattavaan sedimenttiin pumppausvaiheessa on haluttaessa mahdollista. Tällä toimenpiteellä saadaan suurennettua hienomaa-aineksen palakokoa, jolloin suurempi osuus maaaineksesta jää geosäkkiin. Valvonta geosäkkien toiminnassa ei ole välttämätöntä, mutta se on kuitenkin toivottavaa, koska esimerkiksi pumpattaessa pohjasedimentin ja veden suhteen täytyy olla sopiva putkien tukkeutumisen välttämiseksi. (Purmonen 2012, 27.) Vierekkäin täytettävien geosäkkien alle asennetaan ensiksi suodatinkalvo ja muovi. Kalvona voidaan käyttää esimerkiksi HDPE-kalvoa. (Purmonen 2012, 27.) HDPE- kalvo (High Density Polyethylene) onkin eniten käytetty kalvomateriaali ja se soveltuu parhaiten, kun vaaditaan ehdotonta kemiallista kestävyyttä. (ViaPipe n.d.) Kalvolla pystytään säätämään haluttu virtauskohta ja loppupiste ulos tulevalle vedelle. Vesi voidaan valuttaa esimerkiksi jälkisaostusaltaaseen tai suodatinkankaan läpi, jolloin saadaan vielä viimeiset ja hienoimmat sedimentit suodatettua pois. Kuitenkin usein ulos tuleva vesi on niin puhdasta, että sitä ei tarvitse jatkokäsitellä, vaan se voidaan laskea suoraan maaperään tai vesistöön. Joissakin tapauksissa vesi voidaan myös kierrättää uudestaan, jolloin saadaan suodatettua lisää haitta-aineita vedestä. Geosäkkien kuivettua haluttuun kuiva-ainespitoisuuteen, ne leikataan auki ja kuivunut sedimentti viedään jatkokäsittelyyn. Käytettyjä geosäkkejä ei voida käyttää uudelleen. (Purmonen 2012, 28.) Joensuun Penttilänrannan kunnostuksessa vuonna 2010 tehdyt geosäkit aukaistiin ja lastattiin pyöräkoneella kuorma-autoihin ja ajettiin Kuopion kaatopaikalle. Geosäkkikankaat ja HDPE-muovikalvot eroteltiin massasta ja ajettiin Penttilän kaatopaikalle. Mustat geosäkit olivat kooltaan peräti 50 metriä. Säkkien ollessa täynnä lietettä, niiden korkeudeksi muodostui pari metriä. (YLE 2010.) Puhdistusvaikutus ja sen mittaaminen Maa-aineksien varsinainen kuivatus ja veden poisto suoritetaan geosäkin täytyttyä. Halutun kuiva-ainepitoisuuden saavuttamiseksi säkkien annetaan kuivua tarpeeksi pitkään. Tällä tekniikalla kuiva-ainepitoisuudeksi saadaan noin %. Säkin kuivatusaika riippuu sedimentin laadusta, yleensä puhutaan kuukausista. (Purmonen 2012, 27.) Vedestä otetaan näytteitä puhdistusprosessin varmistamiseksi. (Purmonen 2012, 45.)

25 3.10 Stabilointi 22 (58) Joensuun Penttilänrannan tapauksessa pohjasedimentistä saatiin ylimääräinen vesi pois tätä menetelmää käyttämällä. Pohjasta ruopattua sedimenttiä ei pystynyt kuljettamaan suoraan kuorma-autoilla pois, koska se oli liian vetistä. Sedimenttiä olisi tippunut kuljetuksen aikana kuormaauton lavoilta maanteille ja päätynyt takaisin ympäristöön. (Purmonen 2012, 44) Geosäkkien kuivatus kesti Joensuun Penttilänrannassa noin vuoden, riippuen miten hyvin ne olivat kuivaneet. Säkkien tarpeeksi kuivattua, ruopatut sedimentit poistettiin säkeistä ja kuljetettiin kaatopaikalle. Geotekstiilit ja muut rakenteet toimitettiin teollisuuskaatopaikalle kapseloitavaksi muun maa-aineksen kanssa. (Purmonen 2012, 45) Kustannukset ja kesto Joensuun Penttilänrannassa tukkialtaan puhdistamisen osalta käytettiin geosäkki -menetelmää. Tukkialtaan pohjasedimentti täytyi ruopata pois ja puhdistaa sieltä mitattujen haitta-ainetulosten johdosta. Tähän paras ja kustannustehokkain menetelmä oli geosäkkien käyttö. (Purmonen 2012, 44.) Maaperän kunnostus Joensuun Penttilänrannassa on tullut maksamaan noin 20 miljoonaa, josta valtion osuus on ollut 2 miljoonaa euroa. (YLE 2010.) Penttilänrannan tapauksessa maaperä kunnostettiin vuoden 2011 loppuun mennessä. Ensimmäiset asukkaat pääsevät vuoden 2010 tiedon perusteella muuttamaan jokimaisemiin arviolta vuonna (YLE 2010.) Menetelmän rajoituksia Uusi menetelmä, josta on vähän kokemuksia, ja jota on käytetty Suomessa tähän mennessä lähinnä paperitehtaiden lietelampien puhdistuksissa. (YLE 2010.) Kiinteytys/stabilointi menetelmissä haittapitoisuutta ei pyritä pienentämään, vaan haitta-aineen kulkeutumista ja leviämistä ympäristöön estetään sitomalla ne maa-aineeseen. Menetelmät voivat perustua sekä fysikaalisiin että kemiallisiin ilmiöihin. Kiinteytyksellä tarkoitetaan prosessia, jossa sideaine kapseloi haitta-aineen ja estää niiden kulkeutumisen. Stabiloinnilla tarkoitetaan prosesseja, joilla haitta-aineiden aiheuttamaa riskiä pienennetään muuntamalla ne vähemmän liukoiseen, kulkeutuvaan muotoon ja tällöin käsiteltävän maan fysikaalista olomuotoa ei muuteta. (Pilaantuneiden maiden käsittelytekniikka, Etelä-Karjalan jätehuolto) Soveltuvuus Menetelmä soveltuu useimmille maalajeille, jotka ovat lyijyllä, arseenilla. kuparilla, kromilla, nikkelillä ja asbestilla pilaantuneita. Epäorgaanisilla sideaineilla tapahtuva kiinteytys/stabilointi soveltuu parhaiten epäorgaanisia haitta-aineita kuten asbestia ja epäorgaanisia syaniideja sisältäville hiekka- tai soramaille. Bitumistabilointi soveltuu haihtumattomille orgaanisille haitta-aineille ja kationisen emulsion ansiosta myös happamille

26 23 (58) massoille. (Pilaantuneiden maiden käsittelytekniikka, Etelä-Karjalan jätehuolto) Toimenpiteet Kiinteytyksessä/stabiloinnissa pilaantuneeseen maahan lisätään sideainetta kuten sementtiä, bitumia, kalkkia, bentoniittia, silikaatteja tai orgaanisia polymeereja. Maamassojen käsittelyaine riippuu haitta-aineesta sekä maalajista ja näin ollen käsittelymenetelmät tulee reseptoida etukäteen ja testata koekappaleista haitta-aineiden liukoisuudet. Yleisimmin käytettäviä sideaineita ovat sementti ja bitumi. Teollisuuden pozzolaanisia sivutuotteita kuten lentotuhkaa ja masuunikuonaa voidaan käyttää stabilointiin.(ympäristöopas, Pilaantuneen maan kunnostaminen ja laadunvarmistus) Sementtistabiloinnissa pilaantunut maa-aines sekoitetaan sementin, veden ja lisäaineiden kanssa, joka kovettuessaan estää haitta-aineiden leviämisen. Sementin korkea ph vähentää useimpien metallien liukenemista. (Pilaantuneiden maiden käsittelytekniikka, Etelä-Karjalan jätehuolto) Puhdistusvaikutus ja sen mittaaminen Stabilointireseptin kehittämistä varten otettavien näytteiden on oltava riittävän suuria ja näytteet on otettava siten, että ne edustavat mahdollisimman hyvin käsiteltävää maa-ainesta. Tutkimuksia varten näytteet homogenisoidaan ja niistä poistetaan suuret kappaleet. Seos- ja lisäaineiden syöttöä valvotaan paino-, tilavuus-tai virtausmittauksin. Mittaustulokset merkitään sekoitusaseman päiväkirjaan. Vaakojen ja muiden mittalaitteiden kalibrointi on tarkistettava vähintään kerran viikossa. (Ympäristöopas, Pilaantuneen maan kunnostaminen ja laadunvarmistus) Kustannukset ja kesto Kustannusarvio /t (massa stabilointi). Nopea, sekoitussuhteen reseptöinti voi olla aikaa vievää. Menetelmän rajoituksia Soveltuu parhaiten karkearakeiselle ja kuivalle maa-ainekselle. Märkä maa-aines tulee esikäsitellä esim. kuivattamalla tai kalkitsemalla. Ei sovellu runsaasti savea tai humusta sisältävälle maalle. Runsaasti kiviä, humusta tai savea sisältävä maa voidaan esikäsitellä seulomalla tai murskaamalla. Ei sovellu helposti haihtuville yhdisteille. Haihtuvat yhdisteet voidaan esikäsitellä esimerkiksi katalyyttisen polton avulla. Soveltuvuus testattava laboratoriokokein kohdekohtaisesti Kemiallinen hapetus Kemiallista hapetusta pidetään lupaavana puhdistusmenetelmänä monenlaisille maaperään joutuneille kemiallisille yhdisteille. Kemiallista hapetusta on hyödynnetty orgaanisten epäpuhtauksien hajottamiseen vedestä ja