Sedimenttitutkimukset

Transkriptio

1 Sedimenttitutkimukset FT Arto Itkonen, FCG Planeko Oy Mutku-päivät

2 Sedimentin pilaantumisongelma Suomessa Arto Itkonen U.S. EPA arvioi 2004, että noin 43 % USA:n järvien, jokien ja rannikkovesien sedimentistä on pilaantunut siinä määrin että haitalliset vaikutukset vesieliöille tai ihmisille ovat todennäköisiä; Pilaantunut sedimentti on myös koko Euroopan laajuinen ongelma. Sedimenttiä syntyy Euroopassa noin 1800 miljoo- naa tonnia vuodessa. Tästä noin 1100 miljoonaa tonnia laskutuu Euroopan vesireiteille. Noin 5-10 % tästä sedimentistä on pilaantunutta. Vaikka arvioitaisiin että vain 5 % sedimentin ylimmästä 10 cm:stä Suomessa olisi pilaantunutta, saataisiin pilaantuneen sedimentin määräksi noin 170 miljoonaa m 3 yksin sisävesialueilla. Lähteet: U.S.EPA, REUSED foundation

3 Sedimentin aiheuttamat riskit Arto Itkonen Riskipolut sedimentistä ihmiseen ovat monissa tapauksissa suorempia kuin maaperästä tai pohjavedestä. Lähde: Contaminated Sediment Remediation Guidance for Hazardous Waste Sites, 2005

4 Arto Itkonen Esityksen sisältö 1. Pohjadynamiikan ymmärtämisen merkitys 2. Sedimentin pilaantuneisuuden arvioinnin ongelmia 3. Uudet haita-aineet 4. Korjaavia toimenpiteitä

5 1. Pohjadynamiikan ymmärtämisen merkitys Page 5

6 Arto Itkonen Pohjadynaamiset pohjavyöhykkeet - järvi Eroosio / kulkeutuminen Kulkeutuminen Akkumulaatio Lähde: Itkonen, 1997

7 Arto Itkonen Dynaamiset pohjavyöhykkeet - joki Kuva 1: Suomen ympäristö 334 Kuva 2: Golder Associates Oy

8 Arto Itkonen Pohjadynamiikan mallinnus BASIN PROPERTIES OF THE RESEARCH AREA APPROX. NUMBER OF Area Max depth Mean depth Shoreline Form factor SAMPLING (km 2 ) (m) (m) (km) POINTS Example 2,5 15 5,0 10,0 1,78 15 LOCATION OF THE SAMPLING POINTS AREA E+T Fetch min. Fetch max. Min. depth Max. depth Distribution BOTTOM TYPE (%) (km) (km) (m) (m) of samples 16,2 0,50 1,20 0 1,0 1 erosion zone 0,4 2,4 2 transport zone 1, accumulation zone D D D D Lf T A E T T A E T = = ( 45.7 Lf ) ( Lf ) ( 30.4 Lf ) ( Lf ), = critical water = critical water depth at the erosion/transport boundary = effective fetch ( km). ja where depth at the transport/accumulation boundary ( m) ( m) Malli: Itkonen, 2007

9 Esimerkki sedimenttitutkimuslomakkeesta Arto Itkonen Projekti: Golder Associates Oy Lomake: A. Itkonen

10 Arto Itkonen Luotausmenetelmät Kuva: Oy Meridata Finland Ltd

11 Matalataajuusluotausprofiili Arto Itkonen Viimeaikaiset sedimentit Postglasiaalisavi Kalliopaljastuma Eroosiopinta Glasiaalisavi Profiili: Oy Meridata Finland Ltd

12 Arto Itkonen Luotausdatan perusteella laadittu pilaantuneisuuskartta Vihreä skaala = viimeikaisen pilaantuneen sedimentin paksuus (noin m 3 ); Harmaa = savinen eroosiopohja tai hiekkainen eroosiosuojaustäyttö; Huomaa piaantuneen sedimentin fokusoitumin en aiemmin ruopatuille alueille. Aineisto: Helsingin kaupunki / Golder Associates Oy

13 2. Sedimentin pilaantunei- suuden arvioinnin ongelmia Page 13

14 Sedimentin pilaantuneisuuskriteerit Arto Itkonen Valtioneuvoston asetus maaperän pilaantuneisuuden ja puhdistustarpeen arvioinnista (VNa 214/2007, ns. PIMA-asetus). Asetuksen mukaiset ohjearvot eivät koske sedimenttiä vaan pilaantunutta maa-ainesta (vrt. PIMA-asetuksen 1 ). Sovelletaan ruoppaussedimentin maalleläjityksessä. Ruoppausmassojen laatukriteerit (Sedimenttien ruoppaus- ja läjityohje, Ympäristöministeriö ). Koskevat ensisijaisesti läjityskelpoisuuden arviointia meriympäristössä (vaikkakin sitä sovelletaan myös sisävesien ruoppausmassoille). Kaatopaikkakelpoisuuslainsäädäntö. Säätelee pilaantuneen sedimentin vastaanottoa off-site. Yksinomaan in situ-sedimentin pilaantuneisuuden arviointia koskevia ohjearvoja ei ole olemassa. Myöskään puhdistustarpeen arvioinnista ei ole muodostunut vakiintunutta hallintokäytäntöä eikä säännöstöä.

15 Arto Itkonen Sedimentin läjityskelpoisuuden arviointi Lähde: Vahanne ja Vestola, 2007

16 Arto Itkonen Ruoppausmassojen laatukriteerit Lähde: Vahanne ja muut, 2007

17 Pitoisuuksien normalisointi Arto Itkonen Orgaanisten yhdisteiden normalisointi tapahtuu kaavan C korjattu = C mitattu (kuiva-ainesta kohden) * 10 / orgaanisen aines (% hehkutushäviönä), koska orgaanisen aineksen oletetaan pidättävän haitta-aineita. Hehkutushäviö voi tässä vaihdella välillä 2-30 % (PAH-yhdisteillä %). Metallipitoisuuksien normalisointiin tarvitaan lisäksi savespitoisuus, koska saviaineksen oletetaan pidättävän metalleja. Merisedimentin vähäinen orgaanisen aineksen määrä helposti moninkertaistaa normalisoidut pitoisuudet. Näyttöä saviaineksen ja orgaanisen aineksen haitta-aineita pidättävästä vaikutuksesta ei satamasedimentissä kuitenkaan ole.

18 Parametrien korrelaatiot satamasedimentissä Arto Itkonen Korrelaatio TOC:n ja orgaanisten haitta-aineiden sekä TOC:n, savifraktion ja metallien välillä ovat yllättävän heikkoja. Syynä voimakkaat virtaukset / sekoittuminen Normalisoinnin järkevyys? Cu, mg/kg TBT, µg/kg 350 y = -3,68x + 74, R 2 = 0, ,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Hehkutushäviö, %/DW 140 y = 8,44x + 22, R 2 = 0, ,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Hehkutushäviö, %/DW Pb, mg/kg Hiilivedyt C 5 -C 40 tot., mg/kg 1000 y = -69,69x + 455, R 2 = 0, ,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Hehkutushäviö, %/DW 50 y = -0,07x + 23,82 45 R 2 = 0, Savespitoisuus, til.-% Aineisto: Helsingin kaupunki / Golder Associates Oy

19 Arto Itkonen Esimerkki: Kalasataman edustan sedimentti Aineisto: Helsingin kaupunki / FCG Planeko Oy Satamasedimentit tyypillisesti läjityskriteeritasojen 1 ja 2 välillä Miten kunnostusvaiheessa toimitaan?

20 Arto Itkonen Muita sedimentille tyypillisiä pilaantuneisuuden arviointiongelmia Luontaiset hiilivedyt jotka näkyvät öljyanalyysissä TBT:n hippuefekti Sedimentin geokemiallisesti aktiivinen pintakerros ja sisäinen kuormitus Osin huonosti tunnetut taustapitoisuudet Kokonaispitoisuudet vs. liukoiset (biosaatavat) pitoisuudet Näytteenoton ongelmat syvältä sedimentistä Moniongelmaisia kohteita, mitä analysoidaan?

21 Luontaiset hiilivedyt sedimentissä Arto Itkonen Turvenäyte Polttoainehiilivetynäytteet Tyypillisesti mg/kg

22 Arto Itkonen Geokemiallisesti aktiivinen pintakerros Vaihtaa aineita vesimassan kanssa Haitta-ainepitoisuudet yleensä suurimmillaan täällä Vaikea tulkita sedimentin geokemiallisessa profiilissa Tämän alapuolella sedimentti historiallista (ei koske satamasedimenttejä) Aineet liikkuvat sedimentissä yleensä vain ylöspäin

23 3. Uudet haitta-aineet Page 23

24 Mahdollisia haitta-aineita ja altistumisreittejä lukematon määrä Arto Itkonen Pb Hg PCB Torjunta-aineet PBDE HBCD PAH As Dioksiini Fosfori Cr Sulfidi Öljy Vesi Puhdas sedimentti Pilaantuneisuus Vanha sedimentti Maaperä Kuva: Forchhammer, 1999

25 Arto Itkonen Yleensä PIMA-sedimentistä tutkitaan seuraavia: Tributyylitina, trifenyylitina PCB-kongeneerit PAH-yhdisteet Öljyhiilivedyt Raskasmetallit + arseeni OLISIKO ORGANOTINAYHDISTEISIIN KESKITYTTY LIIKAA?

26 Arto Itkonen Miksi emme yleensä tutki näitä? VOC-yhdisteet Kokemuksien mukaan esiintyy sedimentissä paljon Dioksiinit ym. POP-yhdisteet Yleisiä satamasedimenteissä? Pestisidit Maatalousalueiden jokisuut? Bromatut palonestoaineet Kaasut Esim. rikkikaasut myrkyllisiä Ravinteet Muodostavat merkittävän osan vesistövaikutuksista Säteily, levämyrkyt jne.

27 Arto Itkonen Hormonitoimintaa häiritsevät aineet Kaikki ihmiset altistuvat päivittäin hormonitoimintaa häiritseville aineille sillä niitä esiintyy pieninä pitoisuuksina tuhansissa tuotteissa. Usein ihmisissä todettuja ovat DDT, PCByhdisteet, PBDE-yhdisteet ja erilaiset ftalaatit. Näiden esiintymistä vesistöissä on tutkittu jo pitkään. Organotinayhdisteillä on todettu hormonaalisia vaikutuksia vesieliöihin.

28 Arto Itkonen Uudet haitta-aineet (emerging contaminants) Ihmisten ja eläinten lääkeaineet Mm. kofeiini, kodeiini ja ibuprofeeni, nikotiinin hajoamistuotteet Antibiootit Teollisen ja talousjäteveden yhdisteet Insektisidejä, muovin pehmennysaineita, PAH:eja, antioksidantteja, pesuaineiden hajoamistuotteita, palonestoaineita, muita mm. liuottimia, kyllästysaineita, triklosaani Lisääntymis- ja kasvuhormonit

29 4. Korjaavia toimenpiteitä

30 Arto Itkonen Korjaavia toimenpiteitä Sedimentin pilaantuneisuus tulisi selvittää koko Suomesta, myös sisävesiltä Tarvitaan lainsäädäntö sedimentin pilaantuneisuuden ja puhdistustarpeen arvioinnista Pohjadynamiikan arviointi aina tutkimusvaiheessa Stratigrafian kuvaus, luotaukset Haitta-aineiden monipuolisemmat analyysit Mm. laajat analyysipaketit Osittaisliuotukset, liukoisuustestit ja huokosvesianalyysit biosaatavuuden todentamiseksi Sedimenttikaasun analyysit? Biotoksisuustestaukset, pohjaeläinkartoitukset Läjityskriteeritasojen 1 ja 2 väli Yksinkertaisimmillaan valobakteeritestit Pilaantuneisuuden arvioinnin tulisi lopulta aina perustua riskinarviointiin

31 Uusia näytteenottimia sedimentille? Arto Itkonen Sedimentin huokosvesi- ja kaasunäytteenottimia Kuvat: www

32 Arto Itkonen Kiitos! FCG Planeko Oy PL 30 (Osmontie 34), Helsinki Puhelin Helsinki, Joensuu, Jyväskylä, Kerava, Kajaani, Kotka, Kuopio, Lahti, Lappeenranta, Oulu, Porvoo, Rovaniemi, Tampere, Seinäjoki, Turku, Vaasa Page 32