Teollisuuden sivutuotteiden hyötykäyttö kaatopaikkarakenteissa kansainvälinen vertailu

Transkriptio

1 Diplomityö Teollisuuden sivutuotteiden hyötykäyttö kaatopaikkarakenteissa kansainvälinen vertailu Helsingissä Tekijä: Nanna Ronkainen Työn valvoja: Dos. Kauko Kujala Työn ohjaaja: TkT Jouko Saarela

2 OULUN YLIOPISTO Teknillinen tiedekunta Osasto Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Tekijä Ronkainen Nanna Tiivistelmä opinnäytetyöstä Laboratorio Vesi- ja ympäristötekniikan laboratorio Työn valvoja Kujala Kauko, Dosentti Työn nimi Teollisuuden sivutuotteiden hyötykäyttö kaatopaikkarakenteissa kansainvälinen vertailu Oppiaine Työn laji Aika Sivumäärä Vesi- ja geoympäristötekniikka Tiivistelmä Diplomityö Syyskuu s., 7 s., 5 liitelehteä Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia sivutuotteiden käytön tilannetta kaatopaikan pintarakenteissa Suomessa ja kansainvälisesti. Tavoite oli myös verrata Suomea kansainväliseen tilanteeseen. Lisäksi oli tarkoitus selvittää, onko muissa maissa tutkittu kaatopaikan pintarakenteisiin joitain sellaisia sivutuotemateriaaleja, joita Suomessa ei ole vielä käytetty, mutta joita voitaisiin mahdollisesti hyödyntää myös Suomessa. Kaatopaikkasijoitus on useimmissa maissa yleisin jätteiden käsittelytapa. Kaatopaikkojen toiminnan ja rakenteiden on periaatteessa oltava aina sopusoinnussa kansallisen lainsäädännön kanssa. Kun kaatopaikka suljetaan, sen päälle tulee rakentaa vaaditut pintarakenteet. Pintarakenne koostuu yleensä esipeitto-, kaasunkeräys-, tiivistys-, kuivatus- ja pintakerroksesta. Teollisuuden sivutuotteiden käyttö kaatopaikan pintarakenteissa vähentää pintarakennemateriaalien kustannuksia sekä säästää ympäristöä. Sivutuotteiden on kuitenkin aina täytettävä tekniset vaatimukset ja oltava ympäristökelpoisia, jotta niiden hyötykäyttöön voi saada tarvittavan ympäristöluvan. Sivutuotteiden soveltuvuus käyttökohteeseen tulee aina osoittaa laboratoriossa sekä koerakenteiden avulla. Useissa maissa on annettu ympäristökelpoisuuskriteerejä, jotka hyötykäyttökohteissa käytettävien sivutuotteiden tulee täyttää. Eniten sivutuotteita on lähdeaineiston mukaan tutkittu kaatopaikan pintarakenteita varten Yhdysvalloissa. Myös Suomessa, Ruotsissa ja Japanissa on tehty monia tutkimuksia. Tutkituin sivutuotemateriaali on kuitusavi johtuen sen erinomaisista ominaisuuksista ja hyvästä saatavuudesta. Lisäksi erilaisia lento- ja pohjatuhkia on tutkittu paljon. Muita kansainvälisesti tutkittuja sivutuotemateriaaleja ovat teräskuona, rengasrouhe, lasimurske, sementtiuunipöly, betoni- ja tiilimurske, valimohiekka, jäte- ja käyttövesiliete, rakennustyömaaliete, kalkkiliete, fosfokipsi, PET-pullot, lehtikomposti ja ruopattu maa-aines. Yleisintä on sivutuotteiden käyttö nimenomaan tiivistyskerroksen materiaalina. Suomen tilannetta tutkittiin tarkemmin hyväksyttyjen ympäristölupien avulla. Suomessa teollisuuden sivutuotteita on käytetty jokaisen alueellisen ympäristökeskuksen alueella. Kuten kansainvälisesti, myös Suomessa yleisintä sivutuotteista on ollut käyttää kuitusavea tiivistyskerroksen materiaalina. Muita Suomessa pintarakenteissa hyötykäytettyjä materiaaleja ovat tämän tutkimuksen mukaan rengasrouhe, pohja- ja lentotuhka, komposti, betoni- ja tiilimurske, valimohiekka, soodasakka, lasimurske, jätevesiliete, rikastushiekka, teräskuona, nikkelikuona, vedenpuhdistussakka ja muovijae. Uusia sivutuotemateriaaleja tutkitaan tällä hetkellä, vuonna 2009, esimerkiksi Kaapinta-hankkeessa. Työn tulosten perusteella Suomi on erittäin hyvin mukana sivutuotteiden käytössä kaatopaikan pintarakenteissa. Suomessa on käytetty joitakin sivutuotemateriaaleja, joita kansainvälisistä tutkimuksista ei löytynyt. Toisaalta, kansainvälisesti on myös tutkittu muutamia sivutuotemateriaaleja, joita ei ole vielä käytetty Suomessa. Tällaisia materiaaleja ovat tämän tutkimuksen mukaan ainakin sementtiuunipöly, ruopattu maa-aines ja muutamat lietemateriaalit. Jatkona tälle työlle olisi mahdollisuus tutkia tarkemmin esimerkiksi edellä mainittujen materiaalien soveltuvuutta kaatopaikan pintarakenteisiin. Säilytyspaikka Tiedekirjasto Tellus Muita tietoja

3 UNIVERSITY OF OULU Faculty of technology Department Department of Process and Environmental Engineering Author Ronkainen Nanna Name of the thesis Abstract of thesis Laboratory Water Resources and Environmental Engineering Laboratory Supervisor Kujala Kauko, Docent Re-use of industrial by-products in landfill constructions international comparison Subject Level of studies Date Number of pages Water and Geoenvironmental Engineering Master Thesis September p., 7 p., 5 appendixes Abstract The aim of this master thesis was to investigate the situation of the use of industrial by-products in landfill constructions in Finland and internationally. The aim was also to compare Finland to the international situation. In addition to that, the purpose was to research, if some by-product materials, which have not yet been used in Finland, have been investigated internationally. In most countries the most common way to handle waste is to move it to disposal sites. Landfill constructions should always fulfill the legal requirements. After a landfill has been closed, the required landfill cover constructions must be built. Generally, a landfill cover contains a foundation layer, gas drainage layer, impermeable barrier layer, drainage layer and protective layer at the top. The use of industrial by-products in landfill cover reduces the material costs and environmental impacts. However, the use of by-products always requires an environmental permit. To attain a permit for the use, the chosen material must meet the technical and environmental requirements. To ensure that a by-product material is suitable for landfill cover the properties of the material must be tested in advance in a laboratory setting and in field studies. Many countries have environmental criteria that by-products must meet in order to be suitable for re-use in landfill cover. According to the source material, the most amounts of studies about the use have been carried out in the United States. Several studies have also been carried out in Finland, Sweden and Japan. The most investigated by-product material is paper sludge due to its suitable characteristics and good availability. Also different ashes have been researched widely. Other internationally investigated by-products materials are steel slag, shredded tires, glass cullet, cement kiln dust, crushed bricks and concrete, foundry sand, sewage sludge, drinking water sludge, construction sludge, lime sludge, phospho-gypsum, PET bottles, leaf compost and dredged materials. Most of the studies in the source material deal with materials for the barrier layer. The Finnish situation was investigated more precisely by means of approved environmental permits. Industrial byproducts have been used in every region of Finland. As internationally, also in Finland the most used by-product is paper sludge in the barrier layer. Other used by-product materials in landfill cover in Finland, according to this research, are shredded tires, compost, bottom and fly ash, crushed concrete and bricks, foundry sand, green liquor dregs, glass cullet, sewage sludge, tailings, steel slag, nickel slag, dregs for water treatment and plastic. New byproducts materials are been investigated at the moment, in year 2009, for example, in Kaapinta-project. According to the results, Finland is closely following the international development trend concerning the use of by-products in landfill covers. In Finland, some by-product materials have been used that were not in the international results. However, there are also some by-products that have been investigated internationally but have not been used yet in Finland. According to this research, such materials are at least cement kiln dust, dredged material and some sludge materials. As a continuation to this research it would be possible to investigate more precisely the suitability of, for example, the above-mentioned materials for landfill cover. Library location University of Oulu, Science Library Tellus Additional information

4 4 ALKUSANAT Tässä diplomityössä on tehty kansainvälinen kirjallisuustutkimus teollisuuden sivutuotteiden hyötykäytöstä kaatopaikan pintarakenteissa kansainvälisesti. Työ toteutettiin vuosien aikana osaksi Oulun yliopistossa ja osaksi Suomen ympäristökeskuksessa (SYKE) Helsingissä. Tutkimus kuuluu Suomen ympäristökeskuksen TEKEShankkeeseen Kaatopaikkojen pintasuojarakenteiden tekeminen teollisuuden jätemateriaaleilla (Kaapinta-hanke). Haluan kiittää kaikkia tutkimuksen toteutumiseen vaikuttaneita henkilöitä. Erityisesti kiitän työhön merkittävästi vaikuttanutta työn ohjaajaa TkT Jouko Saarelaa asiantuntevasta avusta. Työni valvojalle dosentti Kauko Kujalalle suuri kiitos hyvistä neuvoista. Kiitokset myös johtavalle jäteasiantuntijalle Risto Saariselle sekä kaikille muille Suomen ympäristökeskuksessa työhöni vaikuttaneille henkilöille. Lisäksi kiitän saamastani aineistosta ja työni kommentoimisesta Ramboll-konsernin teknistä johtajaa Mikko Leppästä ja kehitysjohtajaa Pentti Lahtista. Kiitokset myös työn rahoittajille Oulun jätehuolto Oy:lle, Loimi-Hämeen jätehuolto Oy:lle ja Jätelaitosyhdistys ry:lle. Kiitän tuesta myös Maa- ja vesitekniikan tuki ry:tä. Viimeisenä, mutta ei lainkaan vähäisimpänä, kiitos kaikille ystäville, sukulaisille ja tuttaville, jotka ovat tukeneet minua opintojeni aikana. Artolle suuri kiitos asunnosta diplomityöni ajalle! Ja pikkusiskoni Iina, sinä näytit, että unelmat toteutuvat vain, jos niitä uskaltaa tavoitella; kiitos ja anteeksi. Unelma elää Helsingissä Nanna Ronkainen

5 5 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT ALKUSANAT SISÄLLYSLUETTELO KUVALUETTELO... 8 TAULUKKOLUETTELO... 9 LYHENTEET KÄSITTEET JOHDANTO Taustaa Työn tavoite ja rajaus Aineisto ja käytetyt menetelmät KAATOPAIKKARAKENTEELLE ASETETUT VAATIMUKSET Kaatopaikkalainsäädäntö EU-lainsäädäntö Suomi Ruotsi Saksa Pintarakenteen kerrokset Esipeittokerros Kaasunkeräyskerros Tiivistyskerros Kuivatuskerros Pintakerros Pintarakenteen toimivuus Suunnittelussa huomioitavat seikat Sivutuotemateriaalien tekninen toimivuus TEOLLISUUDEN SIVUTUOTTEIDEN YMPÄRISTÖKELPOISUUS Sivutuotteen määritelmä lainsäädännössä Sivutuotteiden käytön ympäristölupa Ympäristökelpoisuuden tutkimusmenetelmät... 33

6 6 3.4 Ympäristökelpoisuuskriteerit Suomi Ruotsi Saksa Sivutuotteiden käsittely hyötykäyttökelpoiseksi JÄTTEIDEN KERTYMINEN JA KÄSITTELY Suomi Eurooppa Yhdysvallat Japani Kehitysmaat SIVUTUOTTEIDEN HYÖTYKÄYTTÖ ERI MAISSA Tutkitut sivutuotemateriaalit Kuitusavet Kivihiilituhka Muut tuhkat Teräskuona Rakennustyömailla syntyvä liete Käyttö- ja jätevesiliete Rengasrouhe Lasimurske Valimohiekka Sementtiuunipöly Muut sivutuotemateriaalit Vaihtoehtoiset pintarakenteet Yhteenveto kansainvälisestä tilanteesta Hyötykäyttö muissa kaatopaikkarakenteissa Päivittäispeitto Pohjarakenteet HYÖTYKÄYTTÖ SUOMESSA Käytetyt sivutuotemateriaalit Hyötykäyttö materiaaleittain Hyötykäyttö alueittain Kaapinta-hanke Ruskon jätekeskus, Oulu Kiimassuon jätekeskus, Forssa... 87

7 7 7 SUOMEN JA KANSAINVÄLISEN TILANTEEN VERTAILU YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET LÄHDELUETTELO LIITTEET Liite 1. Kaatopaikkojen pohjarakenteen vaatimukset Suomessa Liite 2. EU:n kaatopaikkadirektiivin kaatopaikkakelpoisuuskriteerit Liite 3. SAMASE-raja-arvot ja uudet raja-arvot Liite 4. Kaapinta-hankkeen Ruskon ja Kiimassuon tiivistyskerrosmateriaalien ympäristökelpoisuus Liite 5. Kaapinta-hankkeen Ruskon koerakenteiden tulokset

8 8 KUVALUETTELO Kuva 1. Esimerkki kaatopaikan pintarakennekerroksista. Kuva 2. EU:n komission ohjeistava tuotteistamiskaavio. Kuva 3. Jätteen ja sivutuotteen luokittelu Japanin laissa. Kuva 4. Lähdeaineiston mukainen hyötykäyttötutkimusten määrä materiaaleittain. Kuva 5. Hyötykäyttötutkimukset lähdeaineistossa pintarakennekerroksittain. Kuva 6. Hyötykäyttötutkimusten määrä lähdeaineistossa maittain. Kuva 7. Suomessa kaatopaikan pintarakenteissa lähdeaineiston perusteella hyötykäytetyt sivutuotteet ja niiden osuudet hyötykäytöstä. Kuva 8. Lähdeaineiston mukainen hyötykäyttö kaatopaikan pintarakenteissa Suomessa aluekeskuksittain. Kuva 9. Ruskon koerakenteet tiivistyskerroksen rakentamisvaiheessa syyskuussa Kuva 10. Ruskon koerakenteet valmiina huhtikuussa Kuva 11. Kaaviokuva anturien sijainnista Ruskon koerakenteiden pintarakenteessa. Kuva 12. Lämpötila-anturien LT1-LT11 sijainti sauvarakenteisessa lämpötilan mittausanturissa Ruskon koerakenteissa. Kuva 13. Kosteusanturien K1-K8 sijainti Ruskon koerakenteiden pintarakenteessa. Kuva 14. Kiimassuon koerakenteiden reuna rakentamisvaiheessa joulukuussa Kuva 15. Kiimassuon koerakenteiden pintakerrosten rakentamista toukokuussa 2009.

9 9 TAULUKKOLUETTELO Taulukko 1. Pohjarakenteen geologisen esteen vaatimukset EU:n kaatopaikkadirektiivissä. Taulukko 2. Pintarakenteen suositukset EU:n kaatopaikkadirektiivissä. Taulukko 3. Kaatopaikkojen pintarakenteen vaatimukset Suomessa. Taulukko 4. Yhdyskuntajätteen kaatopaikkojen pintarakenteen vaatimukset Saksassa. Taulukko 5. Kaatopaikan pintarakennekerrosten toiminnalliset vaatimukset. Taulukko 6. Sivutuotteista pintarakenteita varten selvitettävät tekniset ominaisuudet. Taulukko 7. Sivutuotemateriaalien kelpoisuusarviointiin soveltuvat menetelmät. Taulukko 8. Ympäristökelpoisuuskriteerit pintarakenteen mineraalisen tiivistyskerroksen materiaalille. Taulukko 9. Haitta-aineiden enimmäispitoisuudet kaatopaikan pintarakenteissa hyötykäytettäville materiaaleille Ruotsissa. Taulukko 10. Maksimipitoisuudet kaatopaikan pintarakenteissa hyötykäytettäville materiaaleille Saksassa. Taulukko 11. Suomen jätteiden käsittely vuonna Taulukko 12. Suomen yhdyskuntajätteiden käsittely vuonna Taulukko 13. Lähdeaineiston perusteella kansainvälisesti kaatopaikan pintarakenteissa tutkitut sivutuotteet pintarakennekerroksittain. Taulukko 14. Pintarakenteen tiivistyskerrosta varten tutkitut materiaalit lähdeaineistossa. Taulukko 15. Yleisesti pintarakennekerroksissa ja vaihtoehtoisissa pintarakennekerroksissa tutkitut sivutuotteet. Taulukko 16. Lähdeaineiston tutkimusten määrä maittain. Taulukko 17. Päivittäispeittomateriaalina käytetyt sivutuotteet lähdeaineistossa. Taulukko 18. Pohjarakenteen materiaalina tutkitut sivutuotteet lähdeaineistossa. Taulukko 19. Suomessa kaatopaikan pintarakenteissa käytetyt sivutuotteet pintarakennekerroksittain muissa kerroksissa kuin tiivistyskerroksessa. Taulukko 20. Suomessa kaatopaikan pintarakenteen tiivistyskerroksessa käytetyt sivutuotteet. Taulukko 21. Lähdeaineiston mukaan Suomessa käytetyt sivutuotteet aluekeskuksittain. Taulukko 22. Suomessa, Ruotsissa, Yhdysvalloissa sekä muualla lähdeaineiston mukaan käytetyt sivutuotemateriaalit. Taulukko 23. Sivutuotteet, joita on lähdeaineiston mukaan tutkittu kansainvälisesti, mutta ei ole käytetty Suomessa kaatopaikan pintarakenteissa.

10 10 LYHENTEET ASTM Amerikkalainen standardijärjestö (American Society for Testing and Materials) BAT Paras käytettävissä oleva tekniikka (Best Available Technique) U.S. EPA Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviranomainen (U.S. Environmental Protection Agency) Suomen alueelliset ympäristökeskukset: ESA HAM KAI KAS KSU LAP LOS LSU PIR PKA PPO PSA UUS Etelä-Savon ympäristökeskus Hämeen ympäristökeskus Kainuun ympäristökeskus Kaakkois-Suomen ympäristökeskus Keski-Suomen ympäristökeskus Lapin ympäristökeskus Lounais-Suomen ympäristökeskus Länsi-Suomen ympäristökeskus Pirkanmaan ympäristökeskus Pohjois-Karjalan ympäristökeskus Pohjois-Pohjanmaan ympäristökeskus Pohjois-Savon ympäristökeskus Uudenmaan ympäristökeskus

11 11 KÄSITTEET Absorbtio Aine pidättyy tai imeytyy toisen partikkelin sisään Adsorbtio Aine kiinnittyy kiinteiden rakenteiden pintaan kemiallisten sidosten tai sähkövoimien vaikutuksesta Bentoniitti Luonnossa esiintyvä savi, joka paisuu kastuessaan moninkertaiseksi Diffuusio Tasapainottava prosessi, jossa kaasumainen tai nestemäinen aine kulkeutuu suuremmasta pitoisuudesta alempaan pitoisuuteen Geotekstiili Suodatinkangas, joka toimii erottajana ja suodattajana Geomembraani Tiivistyskerroksen alapuolelle asennettava keinotekoinen eriste, joka on lähes vettä läpäisemätön ja valmistettu synteettisistä tuotteista, kuten muovi- tai kumikalvosta Huokosluku Huokosten tilavuuden suhde kiinteän maa-aineksen tilavuuteen Juoksuraja Vesipitoisuus, jossa materiaali muuttuu muovailtavasta juoksevaksi tai puolittain juoksevaksi Kaatopaikan jälkihoito Lopetetun kaatopaikan ympäristövaikutusten seuraamiseksi tai torjumiseksi tarvittavat toimet Kaatopaikkakaasu Kaatopaikalle sijoitetusta jätteestä muodostuva kaasu Konsolidoituminen Maan tiivistyminen ja lujittuminen maankohoamisen tai kuormituksen vaikutuksesta

12 12 Leikkauslujuus Maksimaalinen voima, joka voidaan kohdistaa materiaaliin ilman murtumista L/S-suhde Kolonnikokeessa kerätyn vesimäärän (liquid) suhdetta testissä käytettyyn kiinteän materiaalin (solid) määrään Plastisuusraja Vesipitoisuus, jossa materiaali muuttuu kiinteästä muovailtavaksi Päivittäispeitto Kaatopaikalla työpäivän päätteeksi tuodun jätteen päälle levitettävä kerros Stabilointi Materiaaliin lisätään sideaineita niin, että liukenevien haitallisten aineiden määrä vähenee ja fysikaaliset ominaisuudet paranevat Suotovesi Kaatopaikan jätetäytön läpi suotautuva vesi Vaihtoehtoinen pintarakenne Kaatopaikan pintarakenne, jossa ei ole tavanomaisia rakennekerroksia ja jonka toimivuus usein perustuu johonkin muuhun kuin läpäisemättömään tiivistyskerrokseen VOC-yhdisteet Haihtuvat orgaaniset yhdisteet (volatile organic compounds)

13 13 1 JOHDANTO 1.1 Taustaa Jätteiden haitalliset vaikutukset ja loppusijoitus kuuluvat suurimpiin ympäristöongelmiin. Tuotetun jätteen määrä kasvaa kaiken aikaa, jolloin nämä ongelmat pahenevat entisestään. Materiaalien hyödyntämisessä ja jätehuollossa tarvittaisiin radikaaleja muutoksia ja uudenlaisia ratkaisuja, jotta kestävä ekologinen kehitys olisi mahdollista saavuttaa. Vielä 1950-luvulle asti lähes kaikki jätteet sijoitettiin teollisuusmaissa hoitamattomille kaatopaikoille, joilla ei ollut minkäänlaisia kaatopaikkarakenteita. Kaatopaikat sijoitettiin usein painaumiin tai tasanteille, joilla ei muuten ollut käyttöä luvulta lähtien hoitamattomat jätteen sijoituspaikat alkoivat vähitellen muuttua valvotuiksi ja hoidetuiksi kaatopaikoiksi ja tuodut jätteet alettiin peittää aika ajoin. Kaatopaikoille alettiin myös tehdä pohjarakenteita ja jonkinlaisia pintarakenteita jätetäytön saavutettua lopullisen korkeutensa. (Daniel 1993, 97) Nykyään EU:n ja useiden maiden lainsäädännössä on ympäristövaikutusten vähentämiseksi säädetty tiukat vaatimukset kaatopaikan pinta- ja pohjarakenteille. Kaatopaikan pintarakenteen tärkein tehtävä on minimoida jätetäyttöön pääsevän veden määrä. Samalla pintarakenteen alimmaisten kerrosten tehtävänä on kerätä jätetäytössä muodostuva kaatopaikkakaasu. Pohjarakenteen tehtävänä on edistää suotoveden, eli jätetäytön läpi suotautuvan veden, keräilyä ja minimoida likaantuneen suotoveden kulkeutuminen maaperään (Leppänen 2002, 51). Lisäksi kaatopaikoilla voidaan käyttää pystysuuntaisia rakenteita estämään likaantuneen pohjaveden leviäminen tai puhtaan veden pääsy likaantuneelle alueelle. (SYKE 2008, 45) Perinteisesti kaatopaikan pinta- ja pohjarakenteiden materiaaleina on käytetty puhtaita luonnonmateriaaleja, kuten savea, moreenia tai hiekkaa. Luonnonmateriaalivarannot ovat kuitenkin rajalliset ja luonnonmateriaalit maksavat paljon. Useissa kohteissa kaatopaikkarakenteisiin soveltuvia luonnonmateriaaleja ei ole tarjolla lähistöllä, vaan niitä joudutaan kuljettamaan kaukaa, jolloin rakentamisen kustannukset yhä nousevat. Esimerkiksi bentoniittia tuodaan Suomeen kaatopaikkarakenteita varten Pohjois- Amerikasta ja Välimeren maista (Kuitusaven tuotteistaminen 1998, 7). Perinteisiin

14 14 materiaaleihin verrattuna on ympäristöystävällisempää ja taloudellisesti edullisempaa käyttää vaihtoehtoisia materiaaleja, kuten teollisuuden sivutuotteita, ylijäämämaita tai lievästi pilaantuneita maita. (SYKE 2008, 60) Teollisuuden sivutuotteella tarkoitetaan materiaaleja, jotka syntyvät teollisuuden prosesseissa tahattomasti lisänä, kun valmistetaan jotain muuta tuotetta. Sivutuote ei ole lopputuote, vaan jäännöstuote ja sitä voidaan pitää käyttötarkoituksesta riippuen tuotteena tai jätteenä. (2008/98/EY) Nykyään yhä lisääntyvä osa sivutuotteista pyritään hyödyntämään mm. teollisuudessa tai maa- ja tierakenteissa. Hartlénin ym. (1997, 1494) mukaan on selvää, että sivutuotteiden hyötykäytöstä tulee tulevaisuudessa entistä tärkeämpää. Geotekniset käyttökohteet, kuten kaatopaikan pintarakenteet, ovat potentiaalisia hyötykäyttökohteita. Massamäärinä kiinnostavia ja teknisesti pintarakenteisiin soveltuvia sivutuotemateriaaleja ovat esimerkiksi teräskuona, valimohiekka, paperiteollisuudessa muodostuva kuitusavi sekä energian tuotannossa syntyvät lento- ja pohjatuhka (Wahlström ym. 2004, 9). Teollisuuden sivutuotteiden hyötykäyttö ratkaisee samalla monta ympäristöongelmaa. Hyötykäytön etuja ovat luonnonmateriaalien säästyminen ja niiden oton aiheuttamien ympäristö- ja maisemavaikutusten väheneminen sekä sivutuotteiden läjitysalueiden säästyminen. Sivutuotteiden loppusijoitus olisi myös kallista. Koska hyötykäytettävät sivutuotteet ovat yleensä huomattavasti luonnonmateriaaleja halvempia, voivat käytöstä hyötyä taloudellisesti sekä sivutuotteen tuottaja että käyttäjä kuten kaatopaikkaurakoitsija. Sivutuotteiden hyötykäytön edellytyksenä on kuitenkin aina sivutuotteen ympäristökelpoisuus ja tekninen soveltuvuus hyötykäyttökohteeseen. (SYKE 2008, 60) 1.2 Työn tavoite ja rajaus Tässä työssä käsitellään teollisuuden sivutuotteiden käyttöä kaatopaikan pintarakenteissa. Tarkoituksena on arvioida sivutuotteiden käyttö kaatopaikan pintarakenteissa Suomessa ja kansainvälisesti. Työhön on kerätty, mitä kaikkia sivutuotteita eri maissa on tutkittu, ja missä pintarakennekerroksissa niitä on käytetty. Työssä käsitellään lähdeaineistosta löytyneissä tutkimuksissa todetut materiaalien tärkeimmät ominaisuudet. Ensisijainen tarkoitus on kuitenkin vain selvittää, mitä kaikkia eri sivutuotemateriaaleja pintarakenteissa on käytetty. Käytetyn lähdeaineiston perusteella työssä todetaan, missä

15 15 maissa hyötykäyttöä näyttäisi olevan tehty eniten, sekä verrataan Suomen tilannetta kansainväliseen tilanteeseen. Yhtenä osana työtä on selvittää, onko mahdollista löytää muista maista joitain sellaisia materiaaleja ja vaihtoehtoja, joita Suomessa ei ole vielä käytetty, mutta joita myös Suomessa voitaisiin hyödyntää kaatopaikan pintarakenteissa. Teollisuuden sivutuotteita voidaan hyödyntää lukuisissa erilaisissa geoteknisissä kohteissa. Tässä työssä keskitytään kuitenkin pelkästään kaatopaikkarakenteisiin. Tutkimukseen on otettu mukaan pysyvän jätteen, yhdyskuntajätteen ja ongelmajätteen kaatopaikat, muttei esimerkiksi kaivosjätteen kaatopaikkoja. Työn ensisijaisena tavoitteena on selvittää sivutuotteiden käyttöä kaatopaikan pintarakenteissa, mutta koska monia pintarakenteisiin soveltuvia sivutuotteita voidaan käyttää myös kaatopaikan päivittäispeittona ja pohjarakenteissa, on myös näitä käyttömahdollisuuksia käsitelty lyhyesti. Koska työssä tarkastellaan hyötykäyttöä vain kaatopaikalla, tarkoitetaan pintarakenteilla tässä työssä aina kaatopaikan pintarakenteita ja pohjarakenteilla kaatopaikan pohjarakenteita, ellei selvästi toisin mainita. Teollisuuden prosesseissa syntyvien sivutuotemateriaalien lisäksi työhön on otettu mukaan myös muussa toiminnassa syntyviä sivutuotteisiin rinnastettavia materiaaleja, esimerkiksi käytetyt autonrenkaat ja yhdyskuntien jätevesiliete. Tämän tutkimuksen kannalta ei ole tärkeää, luokitellaanko jokin materiaali sivutuotteeksi vai ei. Olennaista on, että jos jokin materiaalierä on jo olemassa ja sille tarvitaan käyttötarkoitus, sen käyttö kaatopaikan pintarakenteissa olisi parempi vaihtoehto kuin käyttää luonnonmateriaaleja. Työ on jaoteltu siten, että aluksi käydään läpi kaatopaikkalainsäädäntöä ja kaatopaikan pintarakenteiden nykyisiä vaatimuksia. Tämän jälkeen käsitellään sivutuotteen määritelmään sekä hyötykäytön kannalta hyvin oleelliseen ympäristökelpoisuuteen. Ennen kansainvälisen ja suomalaisen hyötykäytön osuutta, työssä kerrotaan kokonaiskuvan muodostamiseksi yleisesti jätteiden kertymisestä ja käsittelystä eri puolilla maailmaa. Lopuksi työssä vertaillaan käytetyn aineiston perusteella sivutuotteiden hyötykäytön tilannetta eri maissa.

16 Aineisto ja käytetyt menetelmät Työssä on käytetty lähdeaineistona suomalaista sekä kansainvälistä kirjallisuutta ja apuna alan asiantuntijoita. Teollisuuden sivutuotteiden hyötykäyttöä kansainvälisesti työssä selvitettiin etsimällä aihetta käsitteleviä artikkeleita alan konferenssikirjoista ja mainintoja tutkimuksista muista kirjoista. Suomen ympäristökeskuksessa käytiin läpi noin 30 konferenssikirjaa yhteensä 17 eri kansainvälisestä konferenssista. Muita aihetta käsitteleviä kirjoja etsittiin mm. suomalaisten yliopistokirjastojen aineistohausta. Lisäksi tietoa haettiin aihetta käsittelevistä diplomitöistä, väitöskirjoista ja muista vastaavasti tutkimuksista. Painettujen lähteiden lisäksi työssä etsittiin sähköisiä lähteitä hakusanojen avulla alan verkkolehdistä, tietokantahauista ja yleisesti internetistä. Verkkolehdistä artikkeleita haettiin hakusanojen avulla EBSCO-, Springer- ja Science Direct -lehtiaineistoista. Lisää lähdeaineistoa etsittiin myös löydettyjen artikkeleiden lähdeluetteloista. Haetusta kirjallisuudesta löydettyjen asiaa käsittelevien teosten ja artikkelien perusteella muodostettiin käsitys, missä kaikissa maissa eri sivutuotteita on tutkittu kaatopaikan pintarakenteita varten. Työn lähdeaineistoon valittiin tutkimukset, joissa on kerrottu selkeästi tutkimuksen materiaaleista sekä tutkimustuloksista. Suomen tilannetta selvitettiin lähettämällä sähköpostikysely alueellisiin ympäristökeskuksiin. Lähes kaikista alueellisista ympäristökeskuksista saatiin vastauksena tiedot ympäristöluvista, joissa on myönnetty lupa sivutuotteiden käyttöön kaatopaikan pintarakenteissa. Näitä lupia voitiin lukea ympäristöhallinnon sähköisestä asianhallintajärjestelmästä (AHJO). Tällä tavoin löydettyjen ympäristölupien lisäksi lupa-asiakirjoja etsittiin jokaisen aluekeskuksen verkkosivuilta systemaattisesti eri vuosilta. Ympäristölupien ja muutamien muiden lähteiden perusteella muodostettiin käsitys Suomen tämän hetken tilanteesta sivutuotteiden hyödyntämisessä. Lähdeaineiston perusteella saadun kokonaiskuvan pohjalta työssä todetaan, mitä sivutuotemateriaaleja on käytetty eri maissa ja mitkä maat näyttäisivät kulkevan kehityksen kärjessä. Kansainvälistä tilannetta verrataan Suomen tilanteeseen, jotta nähdään, miten Suomi sijoittuu tässä kehityksessä. Työn lähdeaineiston laajuudesta huolimatta kansainvälisesti on saatettu käyttää myös joitakin materiaaleja, joista ei löytynyt tutkimuksia kansainvälisestä kirjallisuudesta, sillä vain osasta hyötykäyttökokemuksia raportoidaan

17 17 kansainväliseen kirjallisuuteen. Suomesta oli työhön saatavilla paljon tarkempaa tietoa kuin ulkomailta, joten Suomen ja kansainvälisen tilanteen vertailussa yhtenä ongelmana työssä oli lähdeaineistojen vertailukelpoisuus. Näin ollen Suomen ja muiden maiden hyötykäytön laajuutta ei voida tämän työn perusteella verrata täysin varmuudella.

18 18 2 KAATOPAIKKARAKENTEELLE ASETETUT VAATI- MUKSET 2.1 Kaatopaikkalainsäädäntö EU-lainsäädäntö Kaatopaikkojen toiminnan ja rakenteiden on oltava aina sopusoinnussa kansallisen lainsäädännön kanssa. EU-maiden kansallista kaatopaikkalainsäädäntöä ohjaa Euroopan neuvoston vuonna 1999 hyväksymä direktiivi (99/31/EY) kaatopaikoista. Tämän direktiivin mukaan kaatopaikan on oltava suunniteltu siten, että se täyttää tarvittavat vaatimukset maaperän sekä pohja- ja pintaveden pilaantumisen ehkäisemiseksi ja tarvittaessa suotoveden tehokkaaseen keräämiseen. Kaatopaikan perustuksen ja sivujen tulee direktiivin mukaan koostua mineraalikerroksesta, joka vastaa yhteisvaikutuksiltaan vähintään taulukossa 1 esitettyjä vaatimuksia. Jos maaperä ei yksistään ole tarpeeksi tiivistä, tulee kaatopaikan pohjaan rakentaa vähintään 0,5 m paksu geologinen este, joka täyttää vaatimukset. Lisäksi tavanomaisen jätteen ja ongelmajätteen kaatopaikalle on asennettava keinotekoinen eriste sekä vähintään 0,5 m paksu kuivatuskerros. Taulukko 1. Pohjarakenteen geologisen esteen vaatimukset EU:n kaatopaikkadirektiivissä (Neuvoston direktiivi 99/31/EY). Kaatopaikkaluokka Vedenläpäisevyys (m/s) Paksuus (m) Pysyvän jätteen 1,0 x Tavanomaisen jätteen 1,0 x Ongelmajätteen 1,0 x EU:n kaatopaikkadirektiivissä pysyvälle jätteellä tarkoitetaan jätettä, jossa ei pitkänkään ajan kuluessa tapahdu fysikaalisia, kemiallisia tai biologisia muutoksia, kuten liukenemista tai biologista hajoamista, eikä siitä aiheudu vaaraa terveydelle, ympäristölle eikä pohja- ja pintavedelle. Toisin sanoen pysyvän jätteen ominaisuuksien tulisi olla luonnonmateriaalien kaltaisia. Ongelmajäte tarkoittaa direktiivissä jätettä, joka voi aiheuttaa kemiallisen tai muun ominaisuutensa takia erityistä vaaraa tai haittaa ympäristölle tai

19 terveydelle. Jäte, jota ei luokitella pysyväksi jätteeksi eikä ongelmajätteeksi, on tavanomaista jätettä. 19 Kaatopaikkadirektiivissä säädetään, että kaatopaikoilla on käytön aikana toteutettava toimenpiteitä, joilla vähennetään haju- ja pölypäästöistä, tuulen kantamista aineista, melusta ja liikenteestä, linnuista, tuhoeläimistä, hyönteisistä, aerosolien muodostumisesta ja tulipaloista aiheutuvia haittoja ja vaaroja. Lisäksi kaatopaikoilla on tehtävä tarvittavat toimenpiteet kaatopaikkakaasujen kertymisen ja purkautumisen valvomiseksi. Sulkemisen jälkeen rakennettavista pintakerroksista kaatopaikkadirektiivissä on kuitenkin annettu vain suositukset, jotka on esitetty taulukossa 2. Taulukko 2. Pintarakenteen suositukset EU:n kaatopaikkadirektiivissä (Neuvoston direktiivi 99/31/EY). Kaatopaikkaluokka Pintarakenteen kerros Tavanomaisen jätteen Ongelmajätteen Pintakerros > 1 m Vaaditaan Vaaditaan Kuivatuskerros > 0,5 m Vaaditaan Vaaditaan Läpäisemätön mineraalikerros Vaaditaan Vaaditaan Keinotekoinen eriste Ei vaadita Vaaditaan Kaasunkeräyskerros Vaaditaan Ei vaadita Kaatopaikkadirektiivi on aiheuttanut monissa EU:n jäsenmaissa toimenpiteitä varsinkin kiristyneiden pohjarakennevaatimusten vuoksi. Kaatopaikat, jotka eivät täytä vaatimuksia, on pitänyt sulkea ja peittää kansallisten pintarakennevaatimusten mukaisesti. Ruotsalaiset tutkijat ovat arvioineet, että pelkästään Ruotsissa uusien vaatimuksien takia pitää peittää lähes 20 km 2 suuruinen alue. Tähän tarvitaan materiaaleja lähes 100 miljoonaa tonnia. (Tham ym. 2005, 363) Suomi Suomessa kaatopaikkojen toimintaa koskevia kansallisia määräyksiä ovat jätelaki ja -asetus, ympäristönsuojelulaki ja -asetus sekä valtioneuvoston päätös kaatopaikoista. Jätelaissa (1072/1993) on asetettu kaatopaikkatoiminnalle yleisiä tavoitteita, kuten että

20 20 jätteestä tai jätehuollosta ei saa aiheutua haittaa terveydelle tai ympäristölle. Jäteasetuksen (A 1390/1993) mukaan kaatopaikasta ei saa aiheutua maiseman pilaantumista, maaperän saastumista eikä ympäristön roskaantumista. Lisäksi jätteiden vastaanoton loputtua käytetty paikka tulee viipymättä saattaa sellaiseen tilaan, ettei siitä aiheudu vaaraa tai haittaa ympäristölle tai terveydelle. Ympäristönsuojelulaissa (86/2000) säädetään, että ympäristön pilaantumisen vaaraa aiheuttavaan toimintaan on aina oltava ympäristölupa. Kaikkeen kaatopaikoilla tapahtuvaan toimintaan on siten haettava ympäristölupa alueelliselta ympäristökeskukselta. Valtioneuvoston päätöksessä kaatopaikoista (VNp 861/1997) jaetaan kaatopaikat tavanomaisen jätteen, pysyvän jätteen ja ongelmajätteen kaatopaikoiksi. Kaatopaikoille saa sijoittaa ainoastaan luokituksensa mukaista jätettä. Vuodesta 2005 lähtien kaatopaikoille saa valtioneuvoston päätöksen muutoksen (1049/99) mukaan sijoittaa vain jätettä, josta on etukäteen erotettu suurin osa biohajoavasta jätteestä. Maaperän ja vesien suojelemiseksi päätöksessä on asetettu yleisiä vaatimuksia kaatopaikkojen pohja- ja pintarakenteille. Jätetäytön päälle tulevassa pintarakenteessa on oltava neljä eri kerrosta: pintakerros, kuivatuskerros, tiivistyskerros ja kaasunkeräyskerros. Ongelmajätteen kaatopaikoilla kaasunkeräyskerrosta ei yleensä tarvita, mutta tiivistyskerroksen alle tulee asentaa keinotekoinen eriste. Pintarakenteen vaatimukset on esitetty taulukossa 3. Pintakerrosten tarkoitus ja tehtävät on kerrottu tarkemmin kappaleessa 2.2. Taulukko 3. Kaatopaikkojen pintarakenteen vaatimukset Suomessa (VNp /861). Kaatopaikkaluokka Pintarakenteen kerros Tavanomaisen jätteen Ongelmajätteen Pintakerros 1 m Vaaditaan Vaaditaan Kuivatuskerros 0,5 m Vaaditaan Vaaditaan Tiivistyskerros 0,5 m Vaaditaan Vaaditaan Keinotekoinen eriste Ei vaadita Vaaditaan Kaasunkeräyskerros Vaaditaan Tarpeen mukaan

21 21 Suomessa valtioneuvosto ei ole antanut numeerisia vaatimuksia pintarakenteen tiivistyskerroksen vedenläpäisevyydelle, vaan vedenläpäisevyysvaatimus määräytyy rakenteen tehokkuuden mukaan. Jos halutaan estää veden kerääntyminen kaatopaikkaan, eikä pohjassa ole toimivaa kuivatuskerrosta, tulee pintarakenteen vedenläpäisevyyden olla pienempi tai enintään yhtä suuri kuin pohjarakenteella. Toinen tapa tiivistyskerroksen vedenläpäisyvaatimuksen määritykseen on ensin määrittää kaatopaikkarakenteeseen päästettävän veden määrä ja mitoittaa rakenne sen mukaan. Mikäli tavoitteena on, että vain 5 % vuotuisesta sadannasta suotautuu 0,5 m paksun tiivistyskerroksen läpi, on vedenläpäisevyyden oltava enintään 1 x 10-9 m/s. Jos jätetäyttöön saa imeytyä korkeintaan % sadannasta, vedenläpäisevyyden tulee olla 1 x 10-8 m/s tai pienempi. Suosituksena on, että tiivistyskerroksen vedenläpäisevyys olisi korkeintaan 1 x 10-9 m/s. Jos kaatopaikka sisältää pääasiassa vain biologisesti helposti hajoavaa tai pysyvää jätettä, eikä aiheuta merkittävää ympäristökuormitusta vedenläpäisevyys voi olla 1 x 10-8 m/s. (SYKE 2001, 36) Valtioneuvoston päätöksen (VNp 861/1997) mukaan kaatopaikan pohjarakenteissa tulee olla kuivatuskerros ja keinotekoinen eriste, sekä lisäksi rakennettu tiivistyskerros silloin, kun maaperä ei ole luonnostaan tarpeeksi tiivistä. Pohjarakenteelle asetetut vaatimukset on esitetty tarkemmin liitteessä 1. Kaikilla toiminnassa olevilla kaatopaikoilla on pitänyt olla valtioneuvoston päätöksen mukaiset pohjarakenteet marraskuun 2007 alusta lähtien. Vanhat kaatopaikat on siis pitänyt lopettaa siihen mennessä, ellei niissä ole ollut asianmukaisia pohjarakenteita. Valtioneuvoston päätös on EU:n kaatopaikkalainsäädännön mukainen ja perustuu ajatukselle, että pohjatiivisteet estävät päästöjen pääsyn ympäristöön kaatopaikan käytön ja jälkihoidon ajan, eli noin 50 vuotta. Tämän jälkeen päästöjen minimoimisesta huolehtivat tiivis pintarakenne sekä luontainen geologinen este. (Wahlström 2004, 16) Ruotsi Ruotsissa kaatopaikkojen toimintaa säädetään kaatopaikka-asetuksessa (Förordning 2001:512 om deponering av avfall). Kaatopaikat jaetaan tavanomaisen jätteen, ongelmajätteen ja pysyvän jätteen kaatopaikkoihin ja kullekin kaatopaikalle vietävien jätteiden kelpoisuuskriteerit ovat samat kuin EU-lainsäädännössä. Kaatopaikka-asetuksen mukaan kaatopaikoille ei saa viedä yhtään käsittelemätöntä jätettä. Suomen ja EU:n

22 säädöksistä poiketen myös kaiken polttokelpoisen ja orgaanisen jätteen vieminen kaatopaikalle on Ruotsissa kielletty. 22 Kaatopaikka-asetuksen mukaan kaatopaikan pintarakenteiden on oltava rakennettu niin, että rakenteiden läpi pääsee suotovettä ongelmajätteen kaatopaikalla vuodessa korkeintaan 5 l/m 2 ja tavanomaisen jätteen kaatopaikalla vuodessa korkeintaan 50 l/m 2. Eri muodossa ilmaistuna tämä tarkoittaa, että pintarakenteiden tiivistyskerroksen vedenläpäisevyyden on oltava ongelmajätteen kaatopaikalla lähes 1 x m/s ja tavanomaisen jätteen kaatopaikalla lähes 1 x 10-9 m/s. Kaatopaikan pohjarakenteiden geologisen esteen vaatimuksena on, ettei suotovesi saa päästä läpi ongelmajätteen kaatopaikoilla alle 200 vuodessa, tavanomaisen jätteen kaatopaikoilla alle 50 vuodessa ja pysyvän jätteen kaatopaikoilla nopeammin kuin yhden vuoden aikana. Jos maaperä ei luonnostaan täytä näitä vaatimuksia, tulee pohjaan rakentaa vähintään 0,5 m paksu geologinen este. Lisäksi kaatopaikan pohjalle tulee rakentaa tiivistys- ja kuivatuskerros Saksa Saksan kaatopaikka-asetuksessa (Deponieverordnung 2002) kaatopaikat on jaettu neljään luokkaan. Luokka 0 on pysyvälle jätteelle, luokat I ovat ja II vaarattomalle mineraalijätteelle sekä käsitellylle yhdyskuntajätteelle ja luokka III on tarkoitettu ongelmajätteelle. Kesällä 2005 Saksassa tuli voimaan yhdyskuntajätteiden läjitysasetus (Abfallablagerungsverordnung 2001), jonka mukaan yhdyskuntajätteet on käsiteltävä mekaanis-biologisesti tai termisesti ennen kaatopaikalle läjittämistä. Läjitysasetus alkoi heti voimaan tultuaan aiheuttaa ongelmia, sillä käsittelemisvelvollisuuden kiertämiseksi kaatopaikkatoiminnanharjoittajat alkoivat näennäisesti hyödyntää jätteitä kaatopaikkojen rakennusmateriaalina. Jätteitä sijoitettiin kaatopaikkojen rakenteisiin ja kaatopaikoille ajavien kuorma-autojen ajoluiskiin paljon enemmän kuin olisi ollut tarpeellista. Kaatopaikkateistä tehtiin liian paksuja, jolloin osa liiasta rakennusmateriaalista jopa karisi pois. Kaatopaikkojen jätetäytöistä rakennettiin lähinnä jätevuoren mallisia, jotta sadevesi muodosti virratessaan mahdollisimman paljon uomia, joita voitiin täyttää hyödynnettävällä jätteellä. (Hollo 2008, 67-68)

23 23 Alkaneen liiallisen hyötykäytön estämiseksi syksyllä 2005 Saksassa säädettiin kaatopaikkahyödyntämisasetus (Deponieverwertungsverordnung 2005), jossa käsitellään jätteiden hyödyntämistä maan päällisillä kaatopaikoilla. Jätteitä saa asetuksen mukaan käyttää kaatopaikkojen rakenteissa vain siinä määrin kuin rakennusteknisesti on tarpeellista. Hyödyntäminen on sallittua vain silloin, kun päätarkoitus on jätteen hyödyntämisessä, eikä jätteen haitallisista aineista huolehtimisessa. Jätemateriaalia ei saa myöskään käyttää enempää kuin kyseiseen tarkoitukseen vastaavasti tarvittaisiin uutta rakennusmateriaalia. Käytöstä poistettujen kaatopaikkojen pintarakenteista säädetään kaatopaikkaasetuksessa (Deponieverordnung 2002) yksityiskohtaisesti kaikkien kaatopaikkaluokkien osalta. Taulukkoon 4 on koottu käsitellyn yhdyskuntajätteen kaatopaikalla vaadittavat pintarakennekerrokset. Taulukossa on mainittu myös tarkemmat vaatimukset kerroksille, mikäli niitä on asetuksessa annettu. Tiivistyskerroksen vedenläpäisevyyden vaatimukset ovat Saksassa tiukempia kuin Suomessa ja Ruotsissa. Saksalaisen yhdyskuntajätteen kaatopaikan pinnan tiivistyskerroksen vedenläpäisevyysarvon on oltava 5 x m/s tai pienempi. Taulukko 4. Yhdyskuntajätteen kaatopaikkojen pintarakenteen vaatimukset Saksassa (Deponieverordnung 2002). Vaadittavat kerrokset Paksuus (m) Vedenläpäisevyys (m/s) Kasvillisuus Pintakerros > 1 Kuivatuskerros 0,3 1 x 10-3 Suojakerros Geomembraani 0,0025 Mineraalinen tiivistyskerros 0,5 5 x Kaasunkeräyskerros Esipeittokerros 0,5 Vanhojen kaatopaikkojen pintarakenteiden toteutuksessa Saksassa on ollut huolenaiheena, toteutetaanko kaikkien kaatopaikkojen pintarakenteiden vaatimukset todella teknisten ja ympäristövaatimusten mukaisesti, vai joustetaanko niissä taloudellisista syistä. Toisaalta Saksan lainsäädännön mukaan pintarakenteina voidaan käyttää myös

24 24 vaihtoehtoisia pintarakennejärjestelmiä, jos niiden vedenläpäisevyys ja kestävyys vastaavat perinteisiä pintarakenteita. Kustannusten pienentämiseksi Saksassa onkin jossain määrin tutkittu myös vaihtoehtoisia pintarakennejärjestelmiä (Simon & Müller 2004). 2.2 Pintarakenteen kerrokset Kaatopaikan jätetäytön saavutettua lopullisen korkeutensa kaatopaikka suljetaan ja sen päälle tulee rakentaa vaaditut pintarakenteet. Koska kaatopaikan pintarakennekerrokset ovat vaativia rakenteita, niiden laatua tarkkaillaan Suomessa laadunvarmistuksella, joka sisältää sekä materiaalien että työn laadunvalvonnan. Rakenteiden suunnitteluun, rakentamiseen ja laadunvarmennukseen osallistuvat rakennuttajan lisäksi suunnittelija, urakoitsija ja riippumaton valvoja. Lisäksi viranomaiset tekevät laadunvarmennusta. Valittujen materiaalien ja rakennusmenetelmien vaatimukset on esitettävä laadunvalvontasuunnitelmassa. Pintarakenteiden valmistuttua alkaa kaatopaikan pitäjän vastuulla oleva jälkiseuranta, jossa tarkkaillaan rakenteiden kuntoa ja toimintaa sekä kaatopaikan päästöjä. Jälkiseurannassa tehdään mittauksia ja otetaan näytteitä siten, että koko ajan ollaan selvillä kaatopaikan ympäristöpäästöistä sekä kaatopaikan sisäisten prosessien ja ympäristönsuojelujärjestelmien etenemisestä suunnitellulla tavalla. (Leppänen 2002, ; SYKE 2008, 100) Esipeittokerros Ennen kuin pintarakenteita voidaan rakentaa, jätetäytön pinta on muotoiltava siten, että pinnankaltevuudet ovat riittävän jyrkät tehokkaaseen pintakuivaukseen, mutta samalla myös riittävän loivat stabiliteettia ajatellen. Muotoilun yhteydessä jätetäyttöä voidaan myös joutua tiivistämään kantavuuden parantamiseksi. Lisäksi jätetäytön päälle rakennetaan yleensä esipeittokerros ennen varsinaisia pintarakennekerroksia. Se muodostaa tasaisen ja kantavan pinnan, sekä estää samalla jätteen ja yläpuolisten kerrosten sekoittumisen toisiinsa. Esipeittokerroksen päälle toteutetaan pintarakenteet, johon yleensä kuuluvat jätetäytöstä pintaa kohti lueteltuna kaasunkeräyskerros, tiivistyskerros, kuivatuskerros ja pintakerros. (SYKE 2008, 46)

25 Kaasunkeräyskerros Kaasunkeräyskerroksen tehtävänä on kerätä tehokkaasti jätetäytössä muodostuva kaasu, joka sisältää noin % metaania (CH 4 ) ja % hiilidioksidia (CO 2 ). Kaasunkeräyskerroksesta kaasu johdetaan rakennettuun kaasunkeräilyverkostoon. Kaasunkeräyskerros toimii myös kantavuutta lisäävänä kerroksena sen päällä olevalle tiivistyskerrokselle. Kerros rakennetaan karkeasta hyvin kaasua johtavasta aineksesta, kuten sorasta tai hiekasta, josta on seulottu pois hienoaines, ja liitetään jätetäytössä olevaan kaasunkeräilyverkostoon. (SYKE 2008, 47, 134) Tiivistyskerros Kaasunkeräyskerroksen päälle tuleva tiivistyskerros on alempaan kerrokseen nähden paljon hienojakoisempaa materiaalia, ja siksi näiden kerrosten väliin asennetaan usein maa-ainesta tai geotekstiili, joka estää materiaalien sekoittumisen. Tiivistyskerros on pintaeristyksen toiminnan kannalta kriittinen kerros, sillä sen tehtävänä on estää sateena tulevan veden pääsy jätetäyttöön ja ohjata kaasu keräilyjärjestelmiin. (SYKE 2008, 47) Mineraalisen tiivistyskerroksen materiaalina voi olla esimerkiksi savi, hienoainespitoinen moreeni, teollisuuden sivutuote tai bentoniittisavella parannettu maa-aines (Leppänen 2002, 11). Tärkeimpänä ominaisuutena tiivistyskerrokselta vaaditaan erittäin pieni vedenläpäisevyysarvo, yleisesti korkeintaan 1 x 10-9 m/s, jolloin sadannasta imeytyy 0,5 m paksun kerroksen läpi noin 5 % (Quiroz & Zimmie 1998, 276). Muita pintatiivisterakenteiden materiaaleille tärkeitä ominaisuuksia ovat tiivistyvyys, puristuslujuus sekä plastisuus eli muodonmuutoskyky. Tiivistyskerroksen materiaalilta vaaditaan myös tarpeeksi suurta leikkauslujuutta ja kykyä säilyttää ominaisuutensa (SYKE 2008, 48). Erityisesti plastisuus on kaatopaikkojen pintatiivisterakenteiden erityisvaatimus, sillä jäterunko saattaa ajan myötä painautua epätasaisesti. Pintatiivisterakenteen tulisi kestää painumia halkeilematta. (Anttila 2008, 44) Suomessa pohjarakenteisiin sekä ongelmajätteen kaatopaikoilla pintarakenteisiin vaadittava keinotekoinen eriste tarkoittaa geomembraaneja eli maahan ja veteen asennettavia ohuita taipuisia tiivistekalvoja. Ne on valmistettu synteettisistä tuotteista, kuten

26 muovi- tai kumikalvosta tai asfaltista. Keinotekoisen eristeen tulee olla käytännössä lähes täysin vettä läpäisemätön. (Leppänen 2002, 12; SYKE 2008, 50) Kuivatuskerros Tiivistyskerroksen lisäksi pinnan vedenkulkua ohjaavaan rakenteeseen kuuluu kuivatuskerros, jolta vaaditaan edellisestä kerroksesta poiketen nimenomaan tarpeeksi suurta vedenläpäisevyyttä. Kuivatuskerroksen tehtävänä on johtaa pintakerroksen läpi suotautuva sadevesi pois sekä vähentää tiivistyskerrokseen kohdistuvaa vesipainetta. Kerroksen vedenläpäisevyyden suositusarvo on yleensä suurempi kuin 1 x 10-3 m/s. Tämän vuoksi kerroksen materiaalin olisi oltava karkearakeista, eikä siinä saisi olla hienoainesta. (SYKE 2001, 38) Pintakerros Ylimmäinen kerros eli pintakerros toimii kasvukerroksena kuivatukseen ja maisemointiin tarvittavalle kasvillisuudelle. Samalla kerros pienentää kuivatuskerroksen maksimivirtaamaa sekä suojelee tiivistyskerrosta kuivumiselta ja jäätymiseltä. Pintakerros toteutetaan usein kahtena erillisenä kerroksena, joista ylempi kerros on varsinainen kasvukerros. Kaatopaikka maisemoidaan usein istuttamalla sen päälle ruoho- tai pensaskasveja. (SYKE 2008, 52-53) Kuvassa 1 on esimerkki kaatopaikalla vaadituista pintarakennekerroksista. Kuva 1. Esimerkki kaatopaikan pintarakennekerroksista (Leppänen 2002, 60).

27 Pintarakenteen toimivuus Suunnittelussa huomioitavat seikat Valtioneuvoston päätöksessä kaatopaikoista (VNp 861/1997) on määritelty pintarakenteen eri kerrosten tarve ja useimpien paksuudet, mutta rakenteille ei ole asetettu toiminnallisia tavoitteita. Suomen ympäristökeskus (SYKE 2008, 46-54) on antanut kuitenkin yksityiskohtaisia ohjeita pintarakennekerrosten teknisistä ja toiminnallisista vaatimuksista. Kerroksittain vaadittavat tekniset seikat on esitetty taulukossa 5. Rakenteiden tulee myös säilyttää ominaisuutensa niin kauan kuin muodostuva suotovesi voi aiheuttaa ympäristöhaittaa. Tavanomaisen jätteen kaatopaikoilla tämä tarkoittaa vähintään satojen vuosien toimivuutta. Ongelmajätteen pintarakenteilta vaaditaan vielä tätäkin pidempää toimintaikää. Rakennetun pintarakenteen tiiviyden säilymistä tulisi seurata sekä vaadittaessa korjata. Taulukko 5. Kaatopaikan pintarakennekerrosten toiminnalliset vaatimukset (SYKE 2008, 46-52). Huomioitava asia Jätepenger Kaasunkeräyskerros Tiivistyskerros Kuivatuskerros Pintakerros Vakavuus X X X X X Kantavuus X X X Muodonmuutokset X X Routasuojaus X X Vedenjohtavuus X X Vedenläpäisevyys X Eroosiosuojaus X Kuivumisen estäminen X Pintarakenteella on oltava riittävä stabiliteetti, eivätkä materiaalien kokoonpuristuminen tai muodonmuutokset saa haitata kerrosten toimintaa. Käytettävät materiaalit eivät saa halkeilla kuivumisen tai pakkasen seurauksena. Pakkasta vastaan rakenteet on suojattava routaeristeillä tai käytettävä materiaaleja, jotka eivät roudi. (SYKE 2008, 46-52)

28 28 Nykyisten vaatimusten mukaisten pintarakenteiden oletetaan toteuttavan nämä toiminnalliset vaatimukset. Pohjalainen (2005) on diplomityössään tutkinut, onko tiivis pintarakenne toimiva ratkaisu kaatopaikan ympäristökuormituksen vähentämiseksi. Pohjalainen toteaa, että pintarakenteiden vaatimukset ovat lisääntyneet nopeasti, eikä nykyisten säädösten mukaisten pintarakenteiden toimivuutta voida vielä arvioida pitkällä aikavälillä. Pintarakenteiden vaikutusta suotovesien minimoimisessa tarkastelleen Erkinheimon (1999, 78) mukaan useiden suomalaisten kaatopaikkojen tiivistyskerrokset eivät täyttäneet sen hetkisiä tavoitteita. Kaatopaikkojen pintarakenteiden tiiveydestä on myös haittakokemuksia, sillä jätteen biohajoamisen ylläpitämiseksi tarvitaan kosteutta. Tutkimuksissa on huomattu nykyisten määräysten mukaisen tiiviin pintarakenteen kuivattavan jätetäyttöä liikaa, jolloin jätteen mikrobiologinen hajoaminen hidastuu. Hajoamisprosessia voidaan nopeuttaa lisäämällä kosteutta. Esimerkiksi Suomessa ja Yhdysvalloissa tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että käsitellyn suotoveden kierrätys jätetäyttöön nopeuttaa jätteen hajoamista ja auttaa siten hallitsemaan kaatopaikan päästöjä. (Pohjalainen 2005, 83-89) Sivutuotemateriaalien tekninen toimivuus Pintarakenteen toimivuuden takaamiseksi käytettävien materiaalien on oltava teknisesti toimivia. Esimerkiksi kuivatuskerroksen vedenjohtavuus ei saa alentua kovin paljon, ettei kuivatuskapasiteetti heikenny siten, että vesipinta kasvaisi kuivatuskerroksen paksuutta suuremmaksi. Tällöin suotovesi saattaisi purkautua hallitsemattomasti kaatopaikan reunojen kautta. Kuivatuskerroksen toiminta voi heikentyä myös tukkeutumisesta. Fysikaalista tukkeutumista voidaan estää käyttämällä suodattimia. Karbonaattipitoisilla materiaaleilla ongelmana voi olla myös biologis-kemiallinen tukkeutuminen karbonaattien saostuessa. (Wahlström ym. 2004, 19; SYKE 2008, 51-52) Sen sijaan tiivistyskerroksessa vedenläpäisevyys ei saisi ajan mittaan kasvaa jäätymisen, kuivumisen, halkeilun, eroosion eikä kemiallisen tai biologisen hajoamisen seurauksena. Jos käytettävä materiaali saattaa olla biohajoavaa tai liukenevaa, sen toimivuus on osoitettava pitkäaikaistilannetta kuvaavilla kokeilla. On myös syytä määrittää materiaalin leikkauslujuus, konsolidaatio ja muodonmuutosominaisuudet käytettävässä vesipitoisuudessa. (SYKE 2008, 54-63)

29 29 Kaatopaikkarakenteissa käytettävien luonnonmateriaalien ominaisuuksille on olemassa pitkäaikaiseen käyttöön perustuvia suosituksia, mutta nämä eivät välttämättä sovellu sivutuotepohjaisille materiaaleille. Sivutuotteiden soveltuvuus käyttökohteeseen tulee aina osoittaa laboratoriossa sekä koerakenteiden avulla. Sivutuotemateriaalien ominaisuuksien tutkimiseen käytetään standardoituja testimenetelmiä, jotka poikkeavat eri maissa hieman toisistaan. (SYKE 2008, 61) Wahlström ym. (2004, 18) ovat koonneet yhteen rakennusteknisiä ominaisuuksia, jotka olisi selvitettävä laboratoriossa ennen sivutuotemateriaalien mahdollista käyttöä pintarakenteissa. Ominaisuudet on esitetty pintarakennekerroksittain taulukossa 6. Taulukkoon on kirjattu myös yleiset vaatimukset kyseisille ominaisuuksille sekä menetelmät, joilla ominaisuuksia voidaan tutkia. Taulukko 6. Sivutuotteista pintarakenteita varten selvitettävät tekniset ominaisuudet (Wahlström ym. 2004, 18; SYKE 2008, 49-50). Kerros Ominaisuus Vaatimus Menetelmä Leikkauslujuus ja kitkakulma Tapauskohtainen Kolmiaksiaalikoe tai rasialeikkauskoe Kuivumiskutistuma (tilavuuskutistuma) 5 % ASTM D tai vastaava Biohajoaminen Tapauskohtainen Tiivistyvyys vesipitoisuuden suhteen Vaadittu k-arvo saavutetaan %:n tiiviysasteella Proctor-koe tai ICT-koe Kokoonpuristuvuus Tapauskohtainen Ödömetrikoe Kaikki kerrokset Tiivistyskerros Tiivistyskerros ja kuivatuskerros Kuivatuskerros Kuivatus- ja pintakerros Kaatopaikkakaasujen Tapauskohtainen läpäisevyys Vedenläpäisevyys Tapauskohtainen ASTM D 5084, ASTM D 2434 tai vastaava Muiden liukenevien < 5 m-% Vesiliuotuskoe, ph = 4 aineiden määrä Lujuus Hävikki 50 % Los Angeles -koe, ASTM C 131 Karbonaattimineraalien < 20 m-% Happotitraus määrä