Metaanimittaukset Ämmässuon vanhalla kaatopaikalla 2017 Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä Samkommunen Helsingforsregionens miljötjänster Helsinki Region Environmental Services Authority
Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä Opastinsilta 6 A 00520 Helsinki puhelin 09 156 11 faksi 09 1561 2011 www.hsy.fi Lisätietoja Taneli Mäkelä Mittausinsinööri taneli.makela@hsy.fi Copyright Kartat, graafit ja muut kuvat: HSY Kansikuva: HSY
Sisällys 1 Johdanto 4 1.1 Tilanne alueella ennen mittauksia... 4 1.2 Metaani... 5 2 Mittausmenetelmät ja järjestelyt 6 2.1 Laitteisto... 6 2.2 Mittausten suorittaminen... 7 3 Tulosten tarkastelu 9 3.1 Pitoisuudet vanhalla kaatopaikalla... 9 3.2 Pitoisuudet kaasunkeräyskaivojen ympäristössä... 10 4 Johtopäätökset 12 5 Liitteet 13 3
1 Johdanto HSY:n seutu- ja ympäristötieto suoritti kesän (10.7.-1.8.2017) aikana metaanimittauksia Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksen vanhalla kaatopaikka-alueella. Mittaukset tehtiin HSY jätehuollon tilauksesta ja ne mitattiin kuutena eri päivänä(10.-11.7, 26.-28.7 ja 1.8.). Mittauksien perusteella kartoitettiin kaasunkeräysjärjestelmän toimivuutta ja mahdollisia vuotokohtia järjestelmässä. Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksessa on suoritettu vuosittaiset metaanimittaukset vuodesta 1998 alkaen. Jätteen tuonti vanhalle kaatopaikalle lopetettiin vuoden 2007 lopulla uuden kaatopaikka-alueen avautuessa. Mittauksissa käytettiin apuvälineenä mönkijää, jolla kaatopaikka-alue kierrettiin niiltä osin kun oli mahdollista. Mönkijän takaosaan oli asennettu neljä mittauspäätä, joilla metaania mitattiin. Mittauspisteitä kertyi 278 kappaletta. Pintarakenteen lisäksi erityisiä mittauskohteita olivat kaasunkeräyskaivot ja niiden ympärystöt. 1.1 Tilanne alueella ennen mittauksia Ennen mittauksia 55 ha:n alueesta tiivisrakenteella viimeisteltynä oli noin 46 ha. Kaatopaikan lakialueella on noin 7 ha:n alue, joka on tiivistä maatäyttöä ja alueelle on asennettu pystykeräysjärjestelmän lisäksi vaakasuuntainen kaasunkeräysputkisto. Viimeistellyllä alueella jätetäytön ja esipeittokerroksen päälle on rakennettu kaasunkeräyskerros, jonka päällä on tiivisterakenteet bentoniitista ja 2,5 mm muovikalvosta. Näiden päälle on rakennettu kuivatus- ja kasvukerrokset. Pintarakenne on esitetty tarkemmin kuvassa 1. Kuvassa 2 rasteroitu alue on viimeisteltyä aluetta, josta vihreän ja punaisen rajauksen väliseltä osalta puuttuu vielä kasvukerroksen ylin kerros. 1 Kasvukerros yläosa 2 Kasvukerros alaosa 3 Suodatinkangas 4 Kuivatuskerros 5 Tiivistysrakenne 6 Kaasunkeräyskerros 7 Suodatinkangas 8 Esipeittokerros 9 Jätetäyttö Kuva 1. Viimeistelty pintarakenne Ämmässuon vanhalla kaatopaikalla 4
Kuva 2. Tilanne vanhalla kaatopaikalla vuoden 2010 lopussa, jonka jälkeen tilanne ei ole muuttunut rakenteen osalta. Tiiviillä kalvorakenteella viimeistelty alue näkyy kuvassa rasteroituna. Lakialue (rasteroimaton) on esipeitetty tiiviillä maalla ja alueelle on asennettu vaakakaasunkeräysjärjestelmä. Punaisen rajauksen ulkopuolinen alue on viimeistelty kasvukerroksia myöten. 1.2 Metaani Kaatopaikkakaasu sisältää metaania, hiilidioksidia, vesihöyryä sekä pieniä määriä haisevia rikkiyhdisteitä (TRS). Metaania (CH4) muodostuu kun eloperäinen aines, tässä tapauksessa jäte, hajoaa hapettomassa tilassa. Metaani on merkittävä kasvihuonekaasu ja sen ilmastoa lämmittävä vaikutus on noin 21-kertainen verrattuna hiilidioksidiin (CO2). Kaatopaikoilta vapautuva metaani aiheuttaa kasvillisuusvaurioita ja helposti syttyvänä kaasuna metaani voi suurina pitoisuuksina aiheuttaa myös räjähdysvaaran. Metaanin mukana tavallisesti purkautuvat haisevat rikkiyhdisteet puolestaan aiheuttavat lähialueille epäviihtyvyyttä. Metaanin muodostumisnopeus on riippuvainen useasta muuttujasta, kuten jätteen laadusta, iästä ja määrästä sekä käsittelytavasta. Lisäksi muodostumiseen vaikuttavat myös lämpötila ja kosteus jätetäytön sisällä. Metaania purkautuu ilmaan jätetäytön halkeamista ja kaasua johtavista peitekerroksista. Peitekerroksiin vapautuva kaasu saattaa kulkeutua ja levitä vaakasuunnassa etäämmälle varsinaisesta vuotokohdasta, joten suuri pitoisuus tietyssä kohdassa ei välttämättä takaa, että vuoto on täsmälleen kyseisellä alueella. Alueella tehtävissä viimeistelytöissä käytetään raskaita työkoneita, jotka voivat aiheuttaa pintarakenteeseen vuotokohtia ja lisätä tällä tavoin metaanipäästöjä ilmaan. 5
2 Mittausmenetelmät ja järjestelyt 2.1 Laitteisto Vuoden 2017 metaanimittaukset suoritettiin vuosien 2013-2016 tapaan Sewerin DP-IR mittalaitteella, johon oli liitetty ajoneuvosarja (Kuva 3). Laitteisto asennettiin Ämmäsuon alueella käytössä olevaan jätehuoltoyksikön mökijään. Ajoneuvoasennussarjaan kuuluu nelipäinen mittausteline sekä ulkoinen pumppu tehostamaan näytevirtausta (Kuva 4). Mittauspäät ovat sijoitettu mahdollisimman lähelle maanpintaa, jotta pintarakenteen vuotokohdat saataisiin paikannettua varmemmin. Laitteen tekniikka perustuu optiseen IR-CIPS (Infrared Controlled Interference Polarization Spectrometer) tekniikkaan. Laite on metaanille spesifinen, joten muut kaatopaikkakaasut eivät häiritse mittausta. Laitteella on myös suurempi (0 100 %) mittausalue kuin aiemmin käytössä olleella FIDmenetelmällä, jossa mittausalueen tekninen yläraja on 14%. Paikannusjärjestelmänä käytettiin Trimblen paikkatietojärjestelmään, jonka käyttöliittymä toimii Trimble GeoExplorer XH 6000- laitteessa. Laite hyödyntää GPS satelliittien lisäksi GNSS satelliittejä sekä GPRS verkkoa sijainnin määrittämiseen. Laitteeseen ohjelmoitiin metaanimittauksia varten ohjelma, joka tallentaa kuljetun reitin 5 metrin välein. Ajettu reitti piirtyi GPS-laitteen kartalle, josta pystyi helposti seuraamaan jo mitattua aluetta. Kuva 3. Metaanimittauksissa käytetty mönkijä mittausvarustuksessa 6
Kuva 4. Mittauspäät sijaitsivat mönkijän takaosassa ja ulkoinen pumppu sekä akku pumpulle ruskeassa laatikossa 2.2 Mittausten suorittaminen Mittaukset suoritettiin siten, että mönkijällä ajettiin noin 2-4 km/h nopeudella DP-IR laitteen jatkuvasti mitaten. Samalla Trimble GeoExpolrer XH 6000 GNSS-laite tallensi kuljettua reittiä. Mittaus oli ajoreitillä jatkuvaa eikä pistemäistä, 25 m välein mitattua, kuten vanhassa mittausmenetelmässä. Hälytysrajan (10 ppm) ylittyessä pysähdyttiin. Vuotokohdan löydyttyä mitattiin aluetta tarvittaessa tarkemmin yksipäisellä sondilla, jotta saatiin tarkka arvo ja paikka vuotokohdalle. Mittauksia ei suoritettu yli 5 m/s tuulella, joilloin tarkan vuotokohdan havaitseminen olisi vaikeaa. Vuotokohdan pitoisuus ja sijainti mitattiin ja tallennettiin GNSS-laitteella, jolloin vuotokohdat saatiin tallennettua pistemäisinä (Kuva 5). Kaasunkeräyskaivojen ympäristöjen pitoisuudet mitattiin käsin yksipäisellä mittaussondilla ja pitoisuus tallennettiin GNSS-järjestelmään. Alue pyrittiin ajamaan siten, että ajettujen reittien välimatka ei olisi enempää kuin 20 metriä. Vanhan kaatopaikan viimeistellyn alueen reunalla mittauksia hankaloitti vaikeakulkuinen maasto ja runsas kasvusto. 7
Kuva 5. Esimerkki mittausperiaatteesta. GNSS-laite piirtää ajetun reitin (tummanvihreä pistejoukko) sekä mitatut ja tallennetut mittauspisteet kartalle. Mittauspisteen väri riippui mitatun pitoisuuden suuruudesta. Reitiltä tallennetaan vain yli 10 ppm pitoisuudet. Kuvassa 6 on esitetty kesän 2017 metaanimittausreitti kokonaisuudessaan. Ajetulle reitille kertyi pituutta yhteensä noin 40 kilometriä. Vuonna 2014 ajettu reitti oli noin 25 km, vuonna 2015 53 km ja vuonna 2016 53 km. Kuva 6. Kesän 2017 metaanimittausten reitti kokonaisuudessaan ilman mittauspisteitä, matkaa kertyi noin 40 km. 8
3 Tulosten tarkastelu 3.1 Pitoisuudet vanhalla kaatopaikalla Taulukossa 1 on esitetty vuosien 2013-2017 mitattujen metaanipitoisuuksien jakautuminen eri luokkiin. Taulukossa 2 on vertailtu vuosien 2003-2012 mittaustuloksia. Taulukoissa 1 ja 2 on esitetty ainoastaan kentältä mitatut pisteet, kaivojen ympäristöistä mitatut tulokset on esitetty erikseen taulukoissa 3 ja 4. Vuosien 2013-2017 mittaukset ovat keskenään vertailukelpoisia, koska vuosien mittaukset ollaan tehty samalla menetelmällä käyttänen apuna mönkijää. Tulosten vertailussa tulee kuitenkin ottaa huomioon, että reitti ei ole aina täysin sama ja kaatopaikan rakenteen muuttuvat kokoajan varsinkin lakialueella. Mittalaitteeseen asetettiin hälytysrajaksi 10 ppm. Pienemmän hälytysrajan ylittyminen yleensä johtui taustapitoisuudesta ja varsinaista vuotokohtaa ei näissä tapauksissa löytynyt. Hälytysrajan 10 ppm ylittyessä ja laitteen hälyttäessä pysähdyttiin ja mitattiin aluetta tarkemmin. Tällä mittausperiaatteella pisteitä kertyi vuonna 2017 12 kappaletta. Mitatuista pisteistä 10 oli pitoisuusluokassa 10 100 ppm ja 2 luokassa 100 1000 ppm. Mönkijällä suoritettavissa mittauksissa 0 10 ppm:n pitoisuusluokka on korvattu jatkuvalla mittauksella. Kahteen edellisvuoteen verrattuna vuotokohtia löytyi vähemmän ja pitoisuudet olivat yleisesti matalampia. Taulukossa 1 on esitetty vuosien 2013-2017 mitattujen metaanipitoisuuksien jakautuminen eri luokkiin. Taulukko 1. Mittauspisteiden lukumäärä pitoisuusluokittain vanhalla kaatopaikalla vuosina 2013-2017 2013 2014 2015 2016 2017 Pitoisuusluokka (ppm) kpl kpl kpl kpl kpl 10 100 61 4 14 10 10 100 1 000 2 4 6 8 2 1 000 10 000 3 0 3 7 0 10 000 100 000 0 0 2 5 0 100 000 140 000 0 0 0 0 0 140 000 1 000 000 0 0 0 0 0 Yhteensä 66 8 25 30 12 Taulukossa 2 on vertailtu vuosien 2003-2012 mittaustuloksia. Tällöin mittalaite oli erilainen, kuin 2013 jälkeen tehdyissä mittauksissa ja mittaukset suoritettiin jalan 25 metrin hilaverkolla. Mittaus tapahtui suoraan kaatopaikan pinnasta, jolloin taustapitoisuus, joko mitattiin mukaan mittaustulokseen tai sitten se ei häirinnyt mittausta 9
Taulukko 2. Mittauspisteiden lukumäärä ja prosentuaaliset osuudet pitoisuusluokittain vanhalla kaatopaikalla vuonna 2004-2012 1 2 Mittauspisteet 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 Pitoisuusluokka (ppm) ( % ) ( % ) ( % ) ( % ) ( % ) ( % ) ( % ) ( % ) ( % ) 0 10 95.9 99.4 95.4 90.2 82.9 87.8 78 78.4 79.8 10 100 3.1 0.6 3.7 7.6 8.3 8.3 15 15.3 15.4 100 1000 0.7 0 0.9 1.6 3.9 2.1 3.4 2.8 2.8 1 000 10 000 0.2 0 0.1 0.5 0.5 1.1 3.3 2.8 1.5 10 000 100 000 0 0 0 0 0.2 0.6 0.2 0.7 0.6 100 000 140 000 0.1 0 0 0.1 0 0.2 0.2 0 0 Pisteitä yhteensä 1243 964 818 955 965 533 615 425 545 1 Huom. Mitattu alue vaihtelee vuosittain kaatopaikkatoiminnan mukaan. 2 Mittalaitteen tekninen mittausyläraja 140 000 ppm. Vuoden 2013 jälkeen mittalaitteen tekninen mittausyläraja 1 000 000 ppm. Vuoden 2017 mittaustulokset ja niiden sijainnit kartalla on esitetty liitteessä 1. Vertailuksi on esitetty neljän aiemman vuoden (2013-2016) vastaavat kartat. Kartoissa on vuosien 2013 2017 mittauspisteet ja ajettu reitti pitoisuuksittain luokiteltuna. Liitteessä olevasta kuvasta 1 nähdään, että vuonna 2017 kaikki metaanivuodot yhtä lukuunottamatta löytyivät vanhan kaatopaikan lakialueelta. 3.2 Pitoisuudet kaasunkeräyskaivojen ympäristössä Kaasunkeräyskaivojen ja muiden rakenteiden ympäristöistä mittauskohteita kertyi yhteensä 265 kappaletta. Suurin osa (93 %) mitatuista kaivoista oli pitoisuudeltaan 0-10 ppm. Yli 10 ppm:n tuloksia mitattiin 20 eri kaivosta (7 %). Suurimmat pitoisuudet yli 10 000 ppm mitattiin lakia-alueelta, jossa suurin mitattu pitoisuus oli 70 000 ppm kaivon K9 ympäristöstä. Viimeistellyltä alueelta ei löytynyt yli 10 ppm pitoisuuksia. Taulukossa 3 on esitetty kaasunkeräyskaivojen ympäristössä mitattujen pitoisuuksien jakautuminen eri pitoisuusluokkiin vuosina 2013 2017. Kokonaisuudessaan vuonna 2017 löytyi yli 10 ppm pitoisuuksia vähemmän kuin vuonna 2016. Kaasukaivojen lisäksi myös osittain muita kaivoja ja rakenteita sisältyi näihin mitattuihin 265 kaivoon, joka nostaa mitattujen kaivojen määrää verrattuna aikaisempiin vuosiin. Kaasunkeräyskaivojen läheisyydestä vuonna 2017 mitatut pitoisuudet ja niiden sijainnit ovat kokonaisuudessaan esitetty liitteessä 2 olevassa kuvassa. Liitteen 2 kuvasta 1 nähdään, että viimeistellyillä alueilla ei löytynyt metaanivuotoja kaasukaivojen ympäristöistä kuin yksi. Loput löydetyistä vuodoista olivat lakialueella. 10
Taulukko 3. Mitattujen kaasukaivojen lukumäärä pitoisuusluokittain vuosina 2013-2017 Kaasukaivot 2013 2014 2015 2016 2017 Pitoisuusluokka (ppm) kpl kpl kpl kpl kpl 0 10 109 180 179 204 245 10 100 112 25 5 6 3 100 1 000 6 4 1 7 5 1 000 10 000 3 1 4 6 7 10 000 100 000 0 1 4 6 5 100 000 140 000 0 0 0 0 0 140 000 1 000 000 1 0 0 1 0 Pisteitä yhteensä 231 211 193 230 265 Taulukossa 4 on verrattu vuosien 2005 2012 tuloksia kaasukaivoista mitattuihin pitoisuuksiin ja niiden jakaumaan. Ero ennen vuotta 2013 mitattuihin tuloksiin johtuu mittausmenetelmän muutoksesta. Taulukko 4. Mitattujen kaasukaivojen prosentuaaliset metaanipitoisuudet pitoisuusluokittain sekä keskimääräiset pitoisuudet mittauspisteissä vanhalla kaatopaikalla vuosina 2005 2012. Kaasukaivot 2012-2005 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 Pitoisuusluokka ( ppm ) ( % ) ( % ) ( % ) ( % ) ( % ) ( % ) ( % ) ( % ) 0 10 85.3 98.2 77.5 84.4 55.9 50.8 48.2 47.3 10 100 6.5 1.5 10 6.5 18.4 10.9 10.7 21.4 100 1 000 4.9 0.3 5.6 3.9 8.2 5.5 9.8 8 1 000 10 000 2 0 4.3 3.5 7.8 9.4 8.9 9.8 10 000 100 000 0.4 0 2.2 0.9 6.5 11.7 13.4 8 100 000 140 000 0.8 0 0.4 0.9 3.3 11.7 8.9 5.4 Keskiarvopitoisuus (ppm) Painotettu keskiarvo (ppm) 1241 3.3 1507 1565 5726 20778 16456 8434 1352 7.8 1967 1795 8014 21031 18621 11489 Pisteitä yhteensä 245 338 231 231 245 128 112 112 11
4 Johtopäätökset Vuoden 2017 metaanimittaukset suoritettiin vanhalla kaatopaikalla mönkijään hyödyksi käyttäen vuosien 2013-2016 tapaan. Mönkijämittausmenetelmällä vuotokohtia maastosta löytyi 12 kpl. Kaikki mitatut pitoisuudet olivat alle 1000 ppm ja kaikki vuotokohdat yhtä lukuunottamatta löytyivät lakialueelta, jossa viimeistelytyöt ovat vielä tekemättä. Ajettu reitti oli yhteensä noin 40 km. Kahteen edellisvuoteen verrattuna vuotokohtia löytyi vähemmän ja pitoisuudet olivat matalampia. Kaivojen ja muiden rakenteiden ympäristöjä mitattiin kaatopaikalta yhteensä 265 eri mittauskohteesta. Yli 10 ppm pitoisuus mitattiin 20 kohteesta. Vuonna 2016 yli 10 ppm pitoisuuksia mitattiin 26 ja vuonna 2015 14 eri kohteesta. Mitattujen vuotokohtin määrä on siis pysynyt samalla tasolla viime vuosina. Pitoisuudet jakautuivat eri pitoisuusluokkiin hyvin vastaavasti kuin viime vuonna. Yli 1 000 ppm pitoisuuksia mitattiin tänä vuonna 12 ja viime vuonna 13 eri kohteesta. yli 100 000 ppm pitoisuuksia ei tänä vuonna mitattu. Yhtä vuotoa lukuunottamatta kaikki vuotokohdat löytyivät lakialueelta. Tämän vuoden mittauksissa lähes kaikki kaivot pystyttiin mittaamaan. Tulokset ovat viimeistellyn alueen osalta vertailukelpoisia myös aikaisempien vuosien mittauksiin jolloin mittauksissa ei vielä käytetty mönkijää apuna. Mönkijää ruvettiin käyttämään mittauksissa vuonna 2013. Vertailussa tulee kuitenkin huomioida, että vuonna 2013 otettiin käyttöön myös uusi mittalaite. Tällä uudella jatkuvatoimisella mittausperiaatteella mitattu pinta-ala on samankokoinen viimeistellyllä alueella kuin aikaisempina vuosina. Viimeistelemättömän lakialueen aikaisempia mittaustuloksia voidaan suuntaa-antavasti verrata vuosien 2013-2017 mittauksiin. Tämä johtuu siitä, että alueen pintaa muovataan, jolloin olosuhteet alueella muuttuvat vuosittain. Lakialueella on myös osittain vaikeakulkuinen maasto, joka tuo haasteita mönkijän käyttöön. Vuonna 2017 lakialue päästiin ajamaan lähes kokonaan. Mittaustuloksia tarkasteltaessa on myös otettava huomioon, että mitattavat pisteet muuttuvat joka vuosi, koska niitä ei ole kiinteästi määritetty. Myöskin mittalaitteen parantunut tarkkuus vuodesta 2013 lähtien on otettava huomioon tarkastellessa vanhempia mittaustuloksia. 12
5 Liite 1 Mitatut pisteet ja reitti Liite 1 Metaanimittauksissa ajetut reitit ja maastosta löydetyt yli 10 ppm pitoisuudet vuosilta 2013 2017 (Kuvat 1-5). Kuva 1 Vuonna 2017 mitatut metaanipitoisuudet pisteittäin ja mittauksissa kuljettu reitti. Kuljetulla reitillä ei ole havaittu vuotoja kuin mittauspisteissä. 13
Kuva 2 Vuonna 2016 mitatut metaanipitoisuudet pisteittäin ja mittauksissa kuljettu reitti. Kuljetulla reitillä ei ole havaittu vuotoja kuin mittauspisteissä. 14
Kuva 3 Vuonna 2015 mitatut metaanipitoisuudet pisteittäin ja mittauksissa kuljettu reitti. Kuljetulla reitillä ei ole havaittu vuotoja kuin mittauspisteissä. 15
Kuva 4 Vuonna 2014 mitatut metaanipitoisuudet pisteittäin ja mittauksissa kuljettu reitti. 16
Kuva 5 Vuonna 2013 mitatut metaanipitoisuudet pisteittäin ja mittauksissa kuljettu reitti. 17
6 Liite 2 Kaivot Liite 2 Kaivojen ympäristöistä mitatut pitoisuudet vuosilta 2013 2017. Kaivojen ympäristöt ovat mitattu yksipäisellä sondilla käsin. Kuva 1 Kaasunkeräyskaivojen kohdalla mitatut pitoisuudet vuonna 2017. Huom. osa kaivoista on suotovesikaivoja 18
Kuva 2 Kaasunkeräyskaivojen kohdalla mitatut pitoisuudet vuonna 2016. Huom. osa kaivoista on suotovesikaivoja 19
Kuva 3 Kaasunkeräyskaivojen kohdalla mitatut pitoisuudet vuonna 2015. Huom. osa kaivoista on suotovesikaivoja. 20
Kuva 1 Kaasunkeräyskaivojen kohdalla mitatut pitoisuudet vuonna 2014. Huom. osa kaivoista on suotovesikaivoja 21
Kuva 5 Kaasunkeräyskaivojen kohdalla mitatut pitoisuudet vuonna 2013. Huom. kaivoista on suotovesikaivoja 22
Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä PL 100, 00066 HSY, Opastinsilta 6 A, 00520 Helsinki Puh. 09 156 11, Fax 09 1561 2011, www.hsy.fi Samkommunen Helsingforsregionens miljötjänster PB 100, 00066 HRM, Semaforbron 6 A, 00520 Helsingfors Tfn. 09 156 11, Fax 09 1561 2011, www.hsy.fi Helsinki Region Environmental Services Authority P.O. Box 100, FI-00066 HSY, Opastinsilta 6 A, 00520 Helsinki Tel. +358 9 15611, Fax +358 9 1561 2011, www.hsy.fi