Viikkoharjoitus 6: Ympäristötekniikka 25.11.2015 Viikkoharjoituksen palautuksen DEADLINE keskiviikkona 9.12.2015 klo 12.00 Palautus paperilla, joka lasku erillisenä: palautus joko laskuharjoituksiin tai palautuslaatikkoon. HUOM! Identtisten tehtävien palauttaminen EI ole sallittua, vaan rinnastetaan plagiointiin. Tehtäviä voi toki ratkoa yhdessä, mutta jokaisen on tehtävä omat vastauksensa. DEMOTEHTÄVÄT (käydään läpi laskuharjoitustilaisuudessa) 1. Kotitalouksissa syntyvä jäte on kaikki asumisessa syntyvä jäte, kuten vakinaisessa asunnossa, vapaa ajan asunnossa, asuntolassa ja muussa asumisessa syntyvä jäte. Yhdyskuntajätteellä tarkoitetaan asumisjätettä sekä laadultaan siihen rinnastettavaa hallinto, palvelu ja elinkeinotoiminnassa syntyvää jätettä. Syntyvän jätteen määrä ja koostumus ovat tärkeitä tietoja jätehuollon suunnittelussa. Syntyvän jätteen määrä mitataan usein kiloina asukasta kohden vuodessa. Yhdyskuntajätettä syntyy kotitalouksissa 300 kg/as/a, ja työpaikoilla 200 kg/as/a. Syntyvän jätteen koostumus vaihtelee riippuen siitä onko kyse kotitalouksista vai työpaikoista: Syntyvän jätteen ominaisuudet Osuus syntyvästä kotital. työp. jäte jäte Jätejae % % Paperi 26 30 Kartonki 10 15 Biojäte 33 15 Lasi 6 4 Metallit 3 6 Muovit 5 5 Muut 10 20 Hienoain. 7 5 Yhteensä 100 100 a) Kuinka paljon Espoossa syntyy yhdyskuntajätettä vuodessa? Espoon asukasluku on n. 260000. b) Laske jaekohtainen koostumus koko jätemäärälle.
2. Kierrätettäviä jätejakeita lajitellaan syntypaikalla (kotitalouksissa/työpaikoilla) seuraavanlaisesti: Syntypaikkalajittelun tunnusluvut kiinteistökoht. Keräys aluekeräys osall. lajittelu- osall. lajitteluaste % aste % aste % aste % Jätejae max max max max Paperi 90 95 80 90 Kartonki 70 75 50 70 Biojäte 60 70 - - Lasi 70 85 40 70 Metallit 50 70 20 50 Muovit 50 50 10 40 Kiinteistökohtaisella keräyksellä tarkoitetaan niitä kierrätettäviä jätteitä joille on jäteastiat kiinteistöllä. Suurilla kiinteistöillä kerätään useita jakeita, pienillä kiinteistöillä (esim. omakotitalot) kunnasta riippuen, ehkä vain sekajätettä. Aluekeräys täydentää kiinteistökohtaista keräystä. Miehittämättömiin aluekeräyspisteisiin voi tuoda maksutta kierrätettäviä jätejakeita, ei kuitenkaan biojätettä. Osallistumisaste kuvaa sitä kuinka moni lajittelee kyseistä jaetta. Lajitteluaste kertoo kuinka tehokkaasti ne jotka lajittelevat, todellisuudessa lajittelevat, kumpikaan ei voi olla 100 %. Näiden perusteella voidaan laskea erotteluaste, eli kuinka paljon lajittelulla saadaan eroteltua kyseistä jaetta. Loput jakeesta päätyy sekajätteeseen. erotteluaste = osallistumisaste lajitteluaste Laske jaekohtaiset maksimierotteluasteet. Huom! Jos mitään ei lajitella kaikki jäte päätyy sekajätteeseen.
3. Asuinkäyttöön suunnitellun entisen saha alueen maaperässä on todettu PCDD ja PCDFyhdisteitä (dioksiineja). Koko alueelle määritetty dioksiinien keskimääräinen pitoisuus hot spot -kohdassa pintamaassa on 8670 ng WHO TEQ/kg. Maansyönti tunnistetaan tärkeimmäksi mahdolliseksi ihmisten altistusreitiksi. Muiden altistusreittien osuus kokonaisaltistuksessa on merkityksetön. a) Mikäli aluetta ei kunnosteta tämän pilaantuneimman (hot spot) kohdan osalta, kuinka suuri on arvioitu aikuisen ihmisen dioksiinien päivittäissaanti maansyönnin kautta ja tästä aiheutuva suurin mahdollinen terveysriski? Dioksiinien suurin sallittu, vielä turvalliseksi katsottu päivittäisannos (TDI) on 2 pg WHO-TEQ/kg-d. Tausta-altistus muista lähteistä oletetaan merkityksettömäksi. Voit käyttää tehtävän ratkaisemiseen seuraavaa kaavaa: DI = CS IR DI EF DI ED DI BW AT DI = altistus maansyönnistä (mg/kg-d) CS = pitoisuus maaperässä (mg/kg) IR DI = Ruoansulatukseen päätyvän maa aineksen määrä (mg/d) = 50 EF DI = Altistuksen tiheys maansyönnissä (d/a) = 255 ED DI = Altistuksen kesto maansyönnissä (a) = 30 (oletus asuinalueille) BW = Altistujan ruumiinpaino (kg) = 70 AT = Ajanjakso, jonka perusteella keskimääräinen altistus arvioidaan (d) = 30 x 365d b) Mihin pitoisuustasoon kunnostuksessa pitäisi vähintään päästä, jotta pilaantumisesta ei edellä lasketun altistusarvion perusteella aiheudu merkittävää terveysriskiä?
KOTITEHTÄVÄT (4 X 5 p) 4. Miten kotitalouksien sekajätteen koostumus muuttuu, jos: a) Kaikkia jakeita kerätään kiinteistökohtaisesti, ja lajitellaan maksimi erotteluasteella? b) Kierrätettäville materiaaleille ei järjestetä kiinteistökohtaista keräystä vaan aluekeräys, maksimi erotteluasteella? c) Lajitellaan ainoastaan paperia ja biojätettä kiinteistökohtaisesti, ja muut mahdolliset jakeet aluekeräyksessä? 5. Yhdyskuntajätteen määrän ennustaminen on tarpeen esimerkiksi käsittelylaitosten kapasiteetin mitoittamisessa sekä strategisessa suunnittelussa. Ennusteiden tekemiseen voidaan käyttää IPAT-mallia: I = P A T I = jätemäärä P = väestön määrä A = vaurauden määrä (BKT / as) T = dematerialisaatio yhteiskunnassa (jätemäärä / BKT) Vuonna 2013 yhdyskuntajätteen määrä Suomessa oli 2 681 547 t. BKT:n ja väestön vuosittaiset muutokset on esitetty taulukossa. T:n vuosittainen muutos on -1,02 %. BKT:n ja väestön vuosittaiset muutokset Suomessa Väestön muutos (%) BKT:n muutos (%) 2014 0.47-0.19 2015 0.47 0.89 2016 0.47 1.54 2017 0.46 1.6 2018 0.46 1.6 2019 0.45 1.6 2020 0.44 1.6 2021 0.44 1.6 2022 0.43 1.6 2023 0.42 1.4 2024 0.4 1.4 2025 0.39 1.4 2026 0.37 1.4 2027 0.36 1.4 2028 0.34 1.4 2029 0.33 1.4 2030 0.31 1.4
a) Laske yhdyskuntajätteen määrä Suomessa vuonna 2030. Voit käyttää apunasi Exceltaulukkolaskentaohjelmaa. b) Muovin osuus yhdyskuntajätteestä vuonna 2013 oli noin 13 %. Mikä on muovin osuus yhdyskuntajätteestä vuonna 2030 olettaen, että muovin määrä kasvaa vuosittain 1,6 %? 6. Tarkasteltavana on kaksi käytöstä poistettua ampumarata-aluetta, jotka on tarkoitus muuttaa virkistysalueiksi. Alueella tehdyissä kenttätutkimuksissa pintamaasta (0-2 cm) ja pohjavedestä on todettu alla olevassa taulukossa esitetyt haitta-ainepitoisuudet. Kohteissa todetut keskimääräiset haitta-ainepitoisuudet. UCL= upper confidence limit eli keskiarvon 95% luottamusvälin ylempi arvo, nd = ei havaittu, TDI a = haitallisuutta ilmaiseva viitearvo. Haitta-aine Kohde 1 Kohde 2 TDI a UCL (mg/kg-ka) UCL (mg/kg-ka) µg/kg-d Lyijy 7350 4200 1.8 Arseeni 45 nd 1 Antimoni 93 13 0.4 a) Mikä on kohteen 1 ja kohteen 2 ihmisten pintamaa-altistuksen kannalta, ns. riski indeksin perusteella arvioituna kriittisin haitta-aine eli haitta-aine, joka aiheuttaa suurimman terveysriskin? Yksittäisen haitta-aineen riski-indeksi saadaan suhteuttamalla pitoisuus sen haitallisuutta ilmaisevaan viitearvoon. b) Miten suuri on arvioitu aikuisen ihmisen päivittäisaltistus kohteessa 1 ja kohteessa 2 altistuttaessa pintamaan kriittisimmälle haitta-aineelle maansyönnin ja ulkoilman pölyn hengittämisen kautta? Ulkoilman hengitettävien hiukkasten pitoisuudeksi on arvioitu 40 µg/m 3, pölystä oletetaan 75 % olevan peräisin pilaantuneesta maa-aineksesta. Taustaaltistus muista lähteistä on 0,7 µg/kg-d. Maansyönnin laskemisessa voi käyttää muiden kuin altistuksen tiheyden ja haitta-aineen pitoisuuden osalta demolaskussa esitettyjä lähtöarvoja. Kun näiden altistusarvioiden tilastollisessa tarkastelussa todettiin, että terveyshaittojen todennäköisyys on kohteessa 1 50 % ja kohteessa 2 75 % niin kummassa kohteessa terveysriski on tällöin suurempi (vertaile riskilukuja)?
Hengitys IP (mg/kg-d): IP = CA IR IP ET EF IP ED IP BW AT CA = haitta-aineen pitoisuus ilmassa (mg/m 3 ) IR IP = hengitystiheys (m 3 /h) = 30 (rasitus, aikuinen) ET = altistusaika hengitettäessä (h/d) = 2 EF IP = EF DI =altistuksen tiheys, hengitys (d/a) = 90 ED IP = altistuksen kesto hengitettäessä (a) = 30 BW = altistujan ruumiinpaino (kg) = 70 AT = ajanjakso, jonka perusteella keskimääräinen altistus arvioidaan (d) = 30 x 365 c) Kohteen 1 yhdelle, poistettavaa maa-ainesta edustavalle kokoomamaanäytteelle (lyijypitoisuus 2520 mg Pb/kg) tehtiin myös kaatopaikkakelpoisuuden testaus. Testinä käytetään tällöin joko ns. kolonnitestiä tai ravistelutestiä. Kolonnitestissä maa-aineksella pakatun kolonnin läpi johdetaan vettä (eluentti) tietyllä virtausnopeudella siten, että lopullinen nesteen ja kiinteän aineen suhde (L/S suhde, l/kg) saavuttaa arvon 10. Lopullisesta liuoksesta (eluaatti) mitataan liuenneiden haitta-aineiden pitoisuudet, joita verrataan kaatopaikkakelpoisuusvaatimuksiin. Tässä käytettiin kolonitestiä, jossa eluaatin lyijypitoisuudeksi mitattiin 692 µg Pb/l L/S-suhteessa 10. Montako % lyijystä oli liuennut? Onko kaivettu maa-aines lyijypitoisuuden osalta sijoitettavissa tavanomaisen jätteen kaatopaikalle? Kaatopaikkakelpoisuuden raja on 10 mg Pb/kg (L/S = 10). HUOM! Laskutehtävissä tarvittavat maaperän pilaantuneisuuden ja kunnostustarpeen arvioinnissa käytettävät ohjearvot löytyvät Valtioneuvoston asetuksesta (214/2007, saatavilla osoitteessa www.finlex.fi). Kunnostusmenetelmiin voi halutessaan tutustua lähemmin esim. seuraavan julkaisun avulla: Riina Penttinen, Maaperän ja pohjaveden kunnostus, Yleisimpien menetelmien esittely, Suomen ympäristökeskuksen moniste 227. Raportti löytyy googlaamalla.
7. Entisellä huoltoasemakiinteistöllä on todettu maaperän ja pohjaveden pilaantuneen öljyhiilivedyillä (ks. taulukot alla). Arvioidun pilaantuneen alueen kokonaispinta-ala noin 1,5 ha. Maaperä on 3,5 m syvyyteen asti hienoa ja karkeaa hiekkaa ja soraa, jonka tilavuuspaino on 1,7 g/cm 3. Maaperän pilaantumisen on todettu syvyyssuunnassa ulottuvan 3,5 m asti siten, että pilaantuneisuuden määrittelyssä käytettävä alin ohjearvo ylittyy vähintään yhdellä haitta-aineella. Pohjavedenpinta on noin 4 m syvyydellä maanpinnasta. Vaihtoehtoisiksi riskinhallintamenetelmiksi tunnistettiin seuraavat: 1) massanvaihto (eli kaivu ja kaivettujen massojen korvaaminen puhtaalla maa-aineksella), pilaantuneiden maaainesten käsittely kaatopaikalla, 2) massanvaihto ja kompostointi alueen ulkopuolella, 3) in situ käsittely MLP-menetelmällä (monitoroitu luontainen puhdistuminen). Vaihtoehdoissa 1 ja 2 poistetaan pilaantuneen maan alemman ohjearvon ylittävä maa-aines 565 m 2 alalta koko pilaantuneisuuden syvyydeltä ja pohjavesi kunnostetaan paikan päällä pumppaamalla sitä aktiivihiilisuodattimen läpi (käsittelyn kesto 260 d). Keskimääräiset haittaainepitoisuudet kaivettavassa maa-aineksessa ovat: ksyleenit 28 mg/kg, bensiinijakeet 790 mg/kg ja keskitisleet 6080 mg/kg. a) Paljonko (tonneina) vaihtoehdoissa 1 ja 2 poistetaan maa-ainesta ja miten montaa rekkalastillista tämä vastaa, kun yhden kuorman koko on 10 m 3? b) Mitkä ovat lopulliset käsitellyn maa-aineksen haitta-ainepitoisuudet kunnostusvaihtoehdossa 2, kun kompostoinnilla päästään BTEX-yhdisteiden (bentseeni, tolueeni, etyylibentseeni, ksyleeni) ja bensiinijakeiden osalta 90 % reduktioon sekä keskitisleiden osalta 85 %:n reduktioon? Entä mitkä ovat vastaavasti haittaainepitoisuudet 10 vuoden mittaisen MLP-menettelyn jälkeen, kun haitta-aineiden reduktio on keskimäärin 5 %/vuosi? Miten kauan (vuosissa) menee aikaa saavuttaa MLPmenetelmällä vähintään sama haitta-aineiden reduktio kuin kompostointikäsittelyssä? Maaperässä todetut hiilivetyjen pitoisuudet. Pitoisuus mg/kg-ka Tolueeni <0,01-4,0 Etyylibentseeni <0,01 4 Ksyleenit <0,01 33 Bensiinijakeet C5-C10 3,5-1700 Keskitisleet C10-C21 100-12 000 c) Punnitse esitettyjen kunnostusvaihtoehtojen hyötyjä ja haittoja, ota tässä huomioon myös pohjaveden kunnostus.