GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Tutkimusraportti 199 2013 Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen: MINERA-hankkeen loppuraportti Summary: Improving Environmental Risk Assessments for Metal Mines: Final Report of the MINERA Project Kauppila, T. (toim.), Komulainen, H. (toim.), Makkonen, S. (toim.) ja Tuomisto, J. (toim.)
Yhteistyössä mukana: Ne kuvat, joissa ei mainita tekijää, ovat julkaisun kirjoittajien tekemiä. Kansikuva: Luikonlahden kohdetutkimusalueella tehtiin pohjaveden laatututkimuksiin kuuluvia kenttämittauksia myös satunnaisesti talousvesikäytössä olevilta lähteiltä. Kannettavilla kenttämittareilla mitattiin mm. lämpötila, ph, sähkönjohtavuus, veteen liuennut happi ja redox-potentiaali. Kuva: Lauri Solismaa, GTK. Front cover: Field measurements were taken in the Luikonlahti case study area to assess the quality of the groundwater. Water from this spring is occasionally used for household consumption. A handheld multiparameter instrument was used to measure parameters such as temperature, ph, electrical conductivity, dissolved oxygen and redox potential. Photo: Lauri Solismaa, GTK. ISBN 978-952-217-230-3 (nid.) ISBN 978-952-217-231-0 (PDF) ISSN 0781-4240 Taitto: Tuomas Pelkonen, Ramboll Finland Oy Painopaikka: Juvenes Print - Suomen Yliopistopaino Oy
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND Tutkimusraportti 199 Report of Investigation 199 Kauppila, T. (toim.), Komulainen, H. (toim.), Makkonen, S. (toim.) ja Tuomisto, J. (toim.) METALLIKAIVOSALUEIDEN YMPÄRISTÖRISKINARVIOINTIOSAAMISEN KEHITTÄMINEN: MINERA-HANKKEEN LOPPURAPORTTI Summary: Improving Environmental Risk Assessments for Metal Mines: Final Report of the MINERA Project Kirjoittajat: Ahvensalmi, A., Backnäs, S., Forsman, P., Huhta, H.-K., Karjalainen, N., Karlsson, T., Kauppila, P., Kauppila, T., Koikkalainen, K., Koivuhuhta, A., Kollanus, V., Komulainen, H., Kousa, A., Kuusisto, E., Makkonen, S., Mäkinen, J., Nerg, A.-M., Niittynen, M., Nikkarinen, M., Pasanen, A., Ruokolainen, S., Ryhänen, N., Solismaa, L., Tarvainen, M., Tornivaara, A., Tuomisto, J. ja Waissi-Leinonen, G. Espoo 2013
Kauppila, T. (ed.), Komulainen, H. (ed.), Makkonen, S. (ed.) & Tuomisto, J. (ed.). 2013. Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen: MINERA-hankkeen loppuraportti. Summary: Improving Environmental Risk Assessments for Metal Mines: Final Report of the MINERA Project. Geological Survey of Finland, Report of Investigation 199, 223 pages, 15 figures and 60 tables. The potential for environmental damage is inherent in metal mining. The requirements for mining operations to attain and demonstrate high environmental performance have increased during the past decade. Environmental risk assessment examines processes, emissions, the spread of contaminants and exposure of humans and biota, providing an especially useful approach for environmental issues in metal mining. This stems from each mine site being unique with respect to the properties that affect environmental risks and the variation in the nature of risks during the lifetime of the mine. Emissions to air from mining are usually small and local, with a high proportion of coarse non-respirable particles. However, mineral wastes from mining operations may cause long-term environmental concerns. Acid rock drainage often contains elevated concentrations of metals that also have unique properties as contaminants: natural background concentrations, the adaptation of biota to elevated concentrations, metals as micronutrients, and the effects of ambient geochemical conditions on the mobility, speciation and bioavailability of metals. Environmental risk assessment is employed to study and compare the ecological and health effects of various process options during the normal operation of a mine. The assessment process consists of ecological and health risk assessments that are preceded by an examination of the mining processes, emissions, the transport of contaminants and the resulting concentrations in the surrounding media. Because of this complexity, comprehensive environmental risk assessment requires expertise from fields such as geology, mineralogy, geochemistry, hydrogeology, toxicology, ecotoxicology, and ecological and health risk assessment. The MINERA project (Improving environmental risk assessments for metal mines) was carried out in collaboration between the Geological Survey of Finland (GTK), the National Institute for Health and Welfare (THL) and the University of Eastern Finland (UEF) during 2010 2013. Its aim was to develop methods for environmental risk assessment at metal mine sites, develop a conceptual model for mine site risk assessment, improve health risk assessment for hi-tech metals, engage stakeholders in the field, disseminate research information, and improve operating conditions for metal mines through the development of environmental risk assessment practices. One of the aims was to support the risk assessment of operations in their planning phase so that the results could be used to compare various technical options. The main focus of the project was on the immediate surroundings of a mine, with occupational health and effects within the industrial site excluded from the scope. The main stressors considered were metals, respirable particles, mineral processing chemicals, noise, radiation and odours. This project report provides views on the role of environmental risk assessment at mine sites and presents results on the environmental risk assessment process, methods and data needs for metal mines. The report provides models for risk assessment for various stressors and describes selected methods in more detail. Topics include mining processes and their related emissions, the spread of contaminants, evaluation of contaminant concentrations in various media in the surroundings of a mine, exposure assessments for humans and biota, and the description of eventual ecological and health risks. Besides this report, project results have been published in the GTK archived reports series. Links to these reports can be found at the website fi.opasnet.org/fi/minera, which provides the project results and numerical models that can be utilized in risk assessment. Keywords (GeoRef Thesaurus, AGI): metal ores, mines, environmental geology, environmental effects, risk assessment, health risks Tommi Kauppila, Geological Survey of Finland, P.O. Box 1237, FI-70211 Kuopio, FINLAND E-mail: tommi.kauppila@gtk.fi Hannu Komulainen, National Institute for Health and Welfare, Department of Environmental Health, P.O. Box 95, FI-70701 Kuopio, Finland E-mail: hannu.komulainen@thl.fi
Sari Makkonen, University of Eastern Finland, Department of Environmental Science, P.O. Box 1627, 70211 Kuopio, FINLAND E-mail: sari.makkonen@uef.fi Jouni Tuomisto, National Institute for Health and Welfare, Department of Environmental Health, P.O. Box 95, FI-70701 Kuopio, Finland E-mail: jouni.tuomisto@thl.fi
Kauppila, T. (toim.), Komulainen, H. (toim.), Makkonen, S. (toim.) & Tuomisto, J. (toim.). 2013. Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen: MINERA-hankkeen loppuraportti. Summary: Improving Environmental Risk Assessments for Metal Mines: Final Report of the MINERA Project. Geologian tutkimuskeskus, Tutkimusraportti 199, 223 sivua, 15 kuvaa ja 60 taulukkoa. Metallimalmikaivostoiminnan luonteeseen kuuluu ympäristöhaittojen mahdollisuus. Kaivostoiminnan ympäristösuorituskyvyn ja sen mittaamisen osalta ovat vaatimukset kasvaneet entisestään viime vuosina. Ympäristöriskinarviointi, jossa tarkastellaan päästöjä, niiden leviämistä sekä ihmisten ja eliöiden altistumista syntyville ympäristön pitoisuuksille, on erityisen hyödyllinen lähestymistapa metallimalmikaivoksien ympäristövaikutusten tarkastelussa. Ympäristöriskien luonne ja laajuus vaihtelevat kaivostoiminnan elinkaaren aikana, ja jokainen kaivoskohde on ympäristöriskeiltään erilainen. Ilmaperäiset päästöt kaivosalueilta ovat yleensä suhteellisen vähäisiä ja paikallisia, ja karkeiden hiukkasten osuus päästöissä on suuri. Sen sijaan kaivostoiminnassa syntyy runsaasti mineraalipohjaisia jätemateriaaleja, joista voi aiheutua pitkäaikaisia päästöjä, erityisesti ns. hapanta kaivosvaluntaa. Kaivosvalunta voi sisältää myös metalleja, joilla puolestaan on omat erityispiirteensä vaaran aiheuttajina: luontaiset taustapitoisuudet, eliöstön sopeutuminen kohonneisiin pitoisuuksiin, joidenkin metallien hivenaineluonne sekä geokemiallisten olojen vaikutus metallien liikkuvuuteen, esiintymismuotoon ja biosaatavuuteen. Ympäristöriskinarvioinnilla selvitetään ja vertaillaan kaivoksen normaalitoiminnan aikaisten prosessien ja prosessivaihtoehtojen ekologisia ja terveysvaikutuksia. Ympäristöriskinarviointi on prosessi, joka käsittää ekologisen ja terveysriskin arvioinnin sekä niitä edeltävän vaaran ja pitoisuuksien muodostumisen selvittämisen. Tämän vuoksi kaivosalueiden laajamittainen ympäristöriskinarviointi vaatii erityisosaamista esimerkiksi geologiasta, mineralogiasta, hydrogeologiasta, geokemiasta, toksikologiasta, ekotoksikologiasta, ekologiasta ja terveysriskinarvioinnista. Geologian tutkimuskeskuksen (GTK), Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen (THL) sekä Itä-Suomen yliopiston (UEF) yhteinen MINERA-hanke (Metallikaivostoiminnan ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen) toimi vuosina 2010 2013. MINERA-hankkeen tavoitteena oli kehittää ympäristöriskinarvioinnin menetelmiä kaivosympäristöjä varten, laatia kaivoskohteiden ympäristöriskinarviointiin käsitteellinen kokonaismalli, kehittää teknologiametallien riskinarviointia erityisesti terveysvaikutusten osalta, osallistaa alan toimijoita, jakaa tutkimustietoa ja parantaa kaivosalan toimintaedellytyksiä ympäristöriskinarvioinnin kehittämisen kautta. Tavoitteena oli helpottaa myös perustamisvaiheessa olevan kaivoksen riskinarviointia, jolloin tuloksia voidaan käyttää eri toteuttamisvaihtoehtojen vertailussa. Pääasiallinen tarkasteltava kohde oli metallimalmikaivosten lähiympäristö. Itse teollisuusalue ja työperäinen altistus rajattiin pois hankkeesta. Tärkeimpinä tarkasteltavina altisteina pidettiin metalleja, rikastuskemikaaleja, pienhiukkasia, melua, säteilyä ja hajua. Tässä MINERA-hankkeen loppuraportissa taustoitetaan ympäristöriskinarvioinnin käyttöä kaivoskohteissa ja esitellään hankkeen tuloksia ympäristöriskinarviointiprosessin, menetelmien ja arvioinnissa tarvittavien tietojen osalta. Eri altisteiden riskinarvioinnin laatimisesta annetaan suosituksia ja useista arvioinnin osa-alueista kuvataan tarkemmin käytettäviä menettelytapoja. Käsiteltäviä aiheita ovat mm. kaivoskohteiden prosessit ja niistä aiheutuvat päästöt, päästöjen leviäminen, pitoisuuksien arvioiminen kaivoskohteen ympäristössä, eliöiden ja ihmisten altistumisen arvioiminen sekä ekologisen ja terveysriskin kuvauksen laatiminen. Tämän raportin lisäksi hankkeen tuloksia mm. tapaustutkimuksista on koottu GTK:n Arkistoraportti-sarjan raportteihin. Näihin raportteihin löytyvät linkit mm. fi.opasnet.org/fi/minera-sivustolta, jonne on koottu hankkeen tulokset ja laaditut laskennalliset riskinarvioinnissa hyödynnettävät osamallit. Asiasanat (Geosanasto, GTK): metallimalmit, kaivokset, ympäristögeologia, ympäristövaikutukset, riskin arviointi, terveysriskit Tommi Kauppila, Geologian tutkimuskeskus, PL 1237, 70211 Kuopio Sähköposti: tommi.kauppila@gtk.fi Hannu Komulainen, Terveyden ja hyvinvoinnin laitos (THL), Ympäristöterveyden osasto, PL 95,70701 Kuopio Sähköposti: hannu.komulainen@thl.fi
Sari Makkonen, Itä-Suomen yliopisto, ympäristötieteen laitos, PL 1627, 70211 Kuopio Sähköposti: sari.makkonen@uef.fi Jouni Tuomisto, Terveyden ja hyvinvoinnin laitos (THL), Ympäristöterveyden osasto, PL 95,70701 Kuopio Sähköposti: jouni.tuomisto@thl.fi
Kauppila, T. (toim.), Komulainen, H. (toim.), Makkonen, S. (toim.) ja Tuomisto, J.(toim.) 1 SISÄLLYSLUETTELO - CONTENTS LYHENTEET JA MÄÄRITELMÄT...14 1 Johdanto...17 1.1 Metallimalmikaivokset ja ympäristöriskinarviointi... 17 1.2 MINERA-hanke... 18 2 Ympäristöriskinarviointi...19 2.1 Kaivoksen suunnitteluvaiheessa... 19 2.2 Toimivalla kaivoksella... 19 2.3 Kvantitatiivinen riskinarvio... 19 2.4 Ympäristöterveysriskin arvio ja ekologinen riskinarvio... 20 3 Terveysriskin arvioinnin periaatteet...20 3.1 Vaaran tunnistaminen... 20 3.2 Annosvaste... 20 3.3 Altistumisen arviointi... 21 3.4 Riskin kuvaus... 21 4 Ekologisen riskinarvioinnin yleiset periaatteet...22 5 Riskinarvioinnin työkalut MINERA-mallissa...24 5.1 Opasnet-verkkotyötila on MINERAN toimintaympäristö... 24 5.2 Arvioinnin esimerkkisivu toimii uuden työn pohjana... 24 5.3 Kaivoksen perustiedot kuvataan yhteenvetotaulukossa, yksityiskohdat omilla sivuillaan... 25 5.4 Valmiita osamalleja on tarjolla ja lisää tulee... 25 6 Kaivoskohteiden ympäristöriskinarviointi konsultin näkökulmasta...25 6.1 Riskinarvioinnin ongelmat... 26 6.2 Riskinarvioinnin nykytila ja tulevaisuus... 27 7 Kaivoskohteiden ympäristöriskinarviointi viranomaisen näkökulmasta...27 8 Ympäristöriskinarviointi ja lainsäädäntö...28 8.1 Kaivosten ympäristöriskiä koskeva lainsäädäntö... 28 8.1.1 Kaivoslaki...28 8.1.2 Kaivannaisjäteasetus...30 8.1.3 Patoturvallisuus...30 8.1.4 Ympäristönsuojelulaki...30 8.1.5 Ympäristövaikutusten arviointi...31 8.1.6 REACH-asetus...31 8.1.7 Kemikaalilainsäädäntö...32 8.1.8 Muut lait...32 8.2 Riskinarviointi kaivosten ympäristöluvissa... 33 8.2.1 Yleistä riskinarvioinnin huomioimisesta ympäristölupahakemuksissa ja päätöksissä.33 8.2.2 Case-tutkimus...33 8.2.3 Pohdintaa...34 KAIVOSTOIMINNAN PROSESSIT JA PÄÄSTÖJEN ARVIOINTI...35 9 Kaivosprosessit ja riskinarvioinnin kokonaismalli...35 10 Kaivostoiminnan pölypäästöjen arviointi...37 10.1 Kaivoksen rakentamisvaiheen pölypäästöt... 38 10.2 Louhinnan pölypäästöjen arviointi... 38 10.2.1 Räjäytyksen pölypäästön arviointi...38 6
Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen: MINERA-hankkeen loppuraportti 10.2.2 Porauksen pölypäästöt...39 10.3 Murskauksen pölypäästöjen arviointi... 40 10.3.1 Murskauksen pölypäästöihin vaikuttavat tekijät...40 10.3.2 Asbesti ja grafiitti...41 10.3.3 Murskauksen pölypäästöjen laskeminen...42 10.4 Jauhatuksen pölypäästöjen arviointi... 42 10.4.1 Jauhatuksen pölypäästöjen laskeminen...43 10.5 Hihnakuljetuksen pölypäästöjen arviointi... 43 10.5.1 Päästöjen ja päästöjen vähentämisen laskeminen...43 11 Ajoneuvokuljetuksen pölypäästöt...45 11.1 Malmi- ja rikastekuljetuksen aiheuttaman pölypäästön arviointi... 45 11.2 Malmilouheen purkamisen ja lastauksen pölypäästöjen arviointi... 46 11.3 Rikasteen kuljetuksen ja lastauksen pölypäästöjen arviointi... 46 11.4 Kaivannaisjätteiden varastoinnin pölypäästöt... 47 11.4.1 Rikastushiekka-alueiden pölypäästö...47 11.4.2 Sakkoihin liittyvä pölypäästö...47 11.4.3 Sivukivialueiden pölypäästöt...48 11.4.4 Toimenpiteet mineraaliaineksen varastoinnista aiheutuvan pölypäästön... vähentämiseksi...49 12 Päästöt vesiin...50 12.1 Jätevesipäästöt... 50 12.2 Päästöt vesiin kaivannaisjätteiden varastoinnista... 51 12.2.1 Rikastushiekan varastoinnin päästöt vesiin...51 12.2.2 Päästöt vesiin sakkojen varastoinnista...54 12.2.3 Sivukiven varastoinnin päästöt vesiin...55 12.2.4 Menetelmiä päästöjen arviointiin...57 12.3 Typpipäästöt kaivosalueelta... 64 12.3.1 Lainsäädäntöä...64 12.3.2 Räjähteet ja niiden käyttö...64 12.3.3 Räjähdysaineperäisen typen määrä...65 12.3.4 Räjähdysaineperäisen typen vähentäminen...65 12.3.5 Kaivostoiminnan aiheuttamien typpipäästöjen arvioiminen...66 13 Melu ja hajupäästöt...67 14 Kaivostoiminnan aiheuttama tärinä...67 14.1 Räjäytyksiin liittyvä tärinä... 68 14.2 Liikenteeseen liittyvä tärinä... 69 15 Kaivosten energiantuotannon päästöt ja ajoneuvojen pakokaasupäästöt...69 15.1 Energiantuotannon päästöt... 69 15.2 Energiantuotannon päästöjen arviointimenetelmä... 70 16 Ajoneuvojen pakokaasupäästöt...70 16.1 Työkoneiden pakokaasupäästöt... 70 16.2 Maantiekuljetusten pakokaasupäästöt... 71 LEVIÄMINEN, KULKEUTUMINEN JA ARVIOIDUT PITOISUUDET YMPÄRISTÖSSÄ...72 17 Pölyn leviäminen...72 18 Kaivostoiminnan aiheuttamien maaperäpitoisuuksien arvioiminen...74 18.1 Päästöt maaperään kaivosalueelta... 74 7
Kauppila, T. (toim.), Komulainen, H. (toim.), Makkonen, S. (toim.) ja Tuomisto, J.(toim.) 18.2 Kaivosalueen ympäristön maaperän kuormittuminen - arviointi kaivostoiminnan... suunnitteluvaiheessa... 75 18.3 Maaperän kuormittumisen arviointi... 75 18.4 Pitoisuusmuutokset pohjavedessä... 76 19 Veden ja aineiden kulkeutuminen...76 19.1 Pohjaveden muodostuminen ja virtaus maa- ja kallioperässä... 77 19.2 Aineiden kulkeutuminen sekä pohja- ja pintaveden laatu... 78 19.3 Virtauksen ja aineiden kulkeutumisen laskenta ja mallinnus kaivosympäristössä... 79 19.3.1 Yksinkertaiset laskentatarkastelut pohjaveden pilaantumisriskin arviointiin...79 19.3.2 Pohjaveden virtauksen ja kulkeutumisen mallinnus...81 19.3.3 Geokemiallinen mallinnus...82 20 Metallien leviäminen järvisedimentteihin...83 20.1 Purkuvesien aiheuttaman metallikuormituksen leviäminen sedimenttien... kerrostumisalueelle... 84 20.1.1 Taustapitoisuuksien ja kiintoaineksen kertymän arviointi...85 20.2 Meromiktisuus ja talvihapettomuus... 86 20.3 Ympäristöpitoisuuksien arviointi vastaanottavissa pintavesissä... 87 21 Melun kuuluvuus ympäristössä...87 YMPÄRISTÖN MITATUT PITOISUUDET...88 22 Maaperän mitatut pitoisuudet...88 22.1 Kohteellisen pitoisuustiedon koostaminen perustilaselvityksen yhteydessä... 88 22.2 Luontaisia taustapitoisuuksia... 89 22.3 Metallien määritysmenetelmistä... 89 22.3.1 Kokonaispitoisuuden analysointi...89 22.3.2 Saatavan metallipitoisuuden analysointi...90 22.3.3 Maaperän metallien kokonaispitoisuudet ja riskinarviointi...90 22.4 Haitta-aineiden kulkeutuminen syvemmälle maaperään... 90 22.4.1 Pohjaveden vaikutus maaperän pitoisuuksiin...90 23 Pinta- ja pohjavesien mitatut pitoisuudet...91 23.1 Kenttämittaukset... 91 23.2 Näytteenotto... 92 23.2.1 Näytteenotto ja esikäsittelyt...92 24 Sedimenttien mitatut pitoisuudet...94 24.1 Sedimenttinäytteenotto... 94 24.2 Ajoitus... 94 24.3 Sedimentin uutto- ja määritysmenetelmät... 94 24.4 Huokosveden kerääminen... 95 24.5 Huokosvedestä tehtävät määritykset... 97 24.5.1 Kenttämittaukset...97 24.5.2 Kemialliset määritykset...98 24.5.3 Kemialliset kenttämääritykset...98 TERVEYSRISKIN ARVIOINTI...99 25 Altistumisen arviointi terveysriskin arvioinnissa...99 25.1 Altistumisen kvantitatiivinen arviointi... 99 25.2 Altistumisen laskentamalli... 99 25.2.1 Saannin arviointi...100 25.2.2 Elimistöön imeytyvä annos...102 8
Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen: MINERA-hankkeen loppuraportti 26 Terveysvaikutuksien arviointi...104 27 Pohjaveden epäpuhtauksien terveysriskin arviointi...104 27.1 Päästöt pohjavedessä... 104 27.2 Pohjaveteen liittyvä terveysriskin arvio kaivostoiminnan suunnitteluvaiheessa... 105 27.2.1 Kaivovedet...105 27.3 Pohjaveteen liittyvä terveysriskin arvio toimivan kaivoksen ympäristössä... 106 27.3.1 Kaivovedet...106 27.4 Taustatietoa... 107 27.4.1 Raja-, ohje- ja muita viitearvoja juomaveden epäpuhtauksille...107 27.4.2 Juomaveden laatua kuvaavista parametreista...108 28 Pintavesiin liittyvän terveysriskin arviointi... 111 28.1 Terveysriskin arvio pintaveteen päätyvistä aineista kaivostoiminnan suunnitteluvaiheessa... 112 28.1.1 Jätevesi...112 28.1.2 Louhosvesi...112 28.1.3 Pintavesivaluntapäästöt...112 28.1.4 Hulevedet...113 28.1.5 Pintakerros- ja pohjavesivalunta...113 28.1.6 Päästöt ilmasta suoraan veteen...113 28.1.7 Patomurtuma tai muu vastaava yllättävä vesipäästö...113 28.1.8 Sedimentti...114 28.1.9 Päästölähteiden kokonaisvaikutus pintaveden vedenlaatuun...114 28.1.10 Pintaveden nykytilan kartoitus...114 28.2 Terveysriskin arvio pintaveteen päätyvistä aineista toimivan kaivoksen ympäristössä... 114 28.2.1 Jätevesi...114 28.2.2 Louhosvesi...115 28.2.3 Pintavesivaluntapäästöt...115 28.2.4 Pintakerros- ja pohjavesivalunta...115 28.2.5 Päästöt ilmasta suoraan veteen...115 28.2.6 Patomurtuma tai muu vastaava yllättävä vesipäästö...115 28.2.7 Päästölähteiden kokonaisvaikutus pintaveden vedenlaatuun...115 28.3 Ihmisten altistuminen kaivosperäisille aineille pintavedessä ja siihen liittyvät terveysriskit... 116 28.3.1 Altistuminen juomavedessä...116 28.3.2 Altistuminen uimavedessä...116 28.3.3 Altistuminen pesuveden välityksellä...117 28.3.4 Altistuminen saunan löylyveden välityksellä...117 28.3.5 Altistuminen kasvien kasteluveden välityksellä...117 28.3.6 Altistuminen paikallisesta kalasta...117 28.4 Taustatietoa... 118 29 Pölyn aiheuttaman terveysriskin arviointi...119 29.1 Hengitetyn pölyn terveysriskin arvio kaivostoiminnan suunnitteluvaiheessa... 120 29.1.1 Perustilaselvitys ennen kaivostoiminnan aloittamista...120 29.1.2 Arvio kaivostoiminnan vaikutuksista...121 29.1.3 Terveysriskin arvio...121 29.2 Hengitetyn pölyn terveysriskin arvio toimivan kaivoksen ympäristössä... 122 29.3 Taustatietoa... 123 29.3.1 Hiukkasista...123 9
Kauppila, T. (toim.), Komulainen, H. (toim.), Makkonen, S. (toim.) ja Tuomisto, J.(toim.) 29.3.2 Terveysperusteiset viitearvot...124 29.3.3 Hiukkaspitoisuudet ja niiden kemiallinen koostumus ulkoilmassa...126 29.3.4 PM 2.5... 127 29.3.5 Ultrapienet hiukkaset...128 29.3.6 Pölylaskeuma...128 29.3.7 Hiukkaspäästöt jätekasoista...129 29.3.8 Hiukkasten terveyshaitoista...129 30 Kaasumaisten ilman epäpuhtauksien aiheuttamien terveysriskien arviointi...131 30.1 Kaasumaiset ilman epäpuhtaudet... 131 30.2 Ulkoilman kaasumaisten ilman epäpuhtauksien terveysriskin arvio kaivoksen suunnitteluvaiheessa... 131 30.3 Ulkoilman kaasumaisten epäpuhtauksien terveysriskin arvio toimivan kaivoksen ympäristössä... 132 30.4 Taustatietoa... 133 30.4.1 Terveysperusteiset viitearvot...133 30.4.2 Kaasumaisten epäpuhtauksien pitoisuuksia ulkoilmassa Suomessa...135 30.4.3 Kaasumaisten ilman epäpuhtauksien ominaisuuksia...137 30.4.4 Haitalliset terveysvaikutukset...138 31 Maaperässä olevan aineen terveysriskin arviointi...139 31.1 Terveysriskin kuvaus... 140 31.2 Taustatietoa... 141 31.2.1 PIMA-asetus ja -ohjeet...141 31.2.2 Terveysriskistä...141 32 Meluvaikutusten arviointi...141 32.1 Tulosmuuttujien tyypit: mitä tietoa, kenelle ja kuinka varmaa?... 142 32.2 Tarkoituksenmukaisen arviointimenetelmän valintapolku... 142 32.2.1 Meluhaitan arviointi kaivostoiminnan suunnitteluvaiheessa...143 32.2.2 Meluhaitan arviointi toiminnassa olevalle kaivokselle...144 32.3 Taustatietoa... 145 32.3.1 Melusta ja sen kuvailemisesta...145 32.3.2 Kaivosmeluja koskevat säädökset sekä ohje- ja raja-arvot...145 32.3.3 Impulssimaisuudesta ja äänesmäisyydestä johtuvat haittakorjaukset...146 32.3.4 Melun terveyshaitoista...148 33 Tärinän haittavaikutusten arviointi...150 33.1 Kaivostoiminnan aiheuttaman tärinän arvioiminen... 151 33.1.1 Kaivostoimintaan liittyvän tärinän vaikutusten arviointi kaivostoiminnan aikana..152 34 Hajun aiheuttaman terveys- ja viihtyisyyshaitan arviointi...153 34.1 Hajuhaitan arviointi kaivostoiminnan suunnitteluvaiheessa... 154 34.2 Hajuhaitan arviointi toimivan kaivoksen ympäristössä... 155 34.3 Hajuhaitan arviointi toiminnassa olevan kaivoksen ympäristössä... 157 34.3.1 Akuutti terveyshaitta...157 34.3.2 Viihtyvyyshaitta...158 34.3.3 Toistuvaan hajualtistumiseen liittyvät muut vaikutukset...158 34.4 Taustatietoa... 159 34.4.1 Hajusta...159 34.4.2 Hajuun liittyvistä tutkimuksista...159 34.4.3 Hajuun liitetyt terveyshaitat...160 10
Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen: MINERA-hankkeen loppuraportti 34.4.4 Hajun hallinnointia...161 34.4.5 Rikkivety esimerkkinä...161 35 Säteilyn aiheuttaman terveysriskin arviointi...162 35.1 Säteilyyn liittyvän terveysriskin arvio kaivostoiminnan suunnitteluvaiheessa... 163 35.1.1 Ympäristön radiologinen perustilaselvitys...164 35.1.2 Maa/kallioperän ja kaivosalueen ympäristön säteilyyn liittyvä riskinkuvaus...164 35.2 Säteilyyn liittyvän terveysriskin arvio toimivan kaivoksen ympäristössä... 169 35.3 Taustatietoa... 169 35.3.1 Säteilytyypit...169 35.3.2 Säteilyyn liittyviä määritelmiä...170 35.3.3 Yleistä ionisoivan säteilyn terveysriskin arviosta...171 35.4 Ionisoivan säteilyn terveyshaitat... 172 35.4.1 Säteilyn terveyshaitat...172 35.4.2 Säteilyn vaikutus solutasolla...174 35.4.3 Annosrajoista...174 35.4.4 Säteilyn taustapitoisuuksia ympäristössä...175 35.4.5 Yksittäisistä radioaktiivisista aineista...181 36 Terveysriskin kuvaus...185 36.1 Ei-karsinogeeniset terveysvaikutukset... 186 36.1.1 Tieto altistumistasosta...186 36.1.2 Vertailu terveysperusteisiin raja/ohjearvoihin...186 36.1.3 Vaaraosamäärä (Hazard quotient, HQ)...187 36.1.4 Turvamarginaali (Margin of safety, MOS)...188 36.1.5 Tautitapausten lukumäärät...189 36.1.6 DALY (Disability-Adjusted Life Year)...189 36.2 Karsinogeeniset vaikutukset... 190 36.2.1 Altisteen aiheuttama syöpäriski...190 36.2.2 Syöpätapausten lukumäärä...190 36.2.3 Margin Of Exposure (MOE)...191 36.2.4 Margin of Safety (MOS)...191 36.3 Yhteisvaikutukset terveysriskin arvioinnissa... 191 36.4 Epävarmuuksien arviointi ja esittäminen... 192 37 ALTISTUMISEN JA Vaikutusten arviointi ekologisessa riskinarvioinnissa...194 37.1 PNEC-arvon johtaminen... 194 37.1.1 Arviointikerroin (AF)...194 37.1.2 Lajiherkkyysjakauma (SSD)...195 38 Maaperän ekologinen riskinarviointi...196 38.1 Vaaran hahmottaminen ja arviointitarpeen tunnistaminen... 196 38.2 Perusarviointi... 197 38.3 Tarkennettu arviointi... 197 38.3.1 Maaperän PNEC-arvon johtaminen...198 39 Vesistöjen ekologinen riskinarviointi...200 39.1 Perusarviointi... 201 39.2 Tarkennettu arvio... 202 39.2.1 Yleisen PNEC aq -arvon johtaminen vesistölle...202 39.2.2 (Bio)saatavuuden korjaus...203 11
Kauppila, T. (toim.), Komulainen, H. (toim.), Makkonen, S. (toim.) ja Tuomisto, J.(toim.) 40 Sedimenttien ekologinen riskinarviointi...206 40.1 Perusarviointi... 206 40.1.1 Vaaranarviointi ruoppaus- ja läjitysmassojen laatukriteereiden perusteella...206 40.1.2 Vaaranarviointi maaperän PIMA-asetuksen kynnys- ja ohjearvojen perusteella...207 40.2 Tarkennettu arviointi... 207 40.2.1 Metallien jakautumiskertoimen (Kd) määritys sedimentin ja huokosveden välillä.207 40.2.2 Yleinen PNEC-arvo sedimenteille...207 41 Integroitu riskinarvio...209 LÄHDE- JA KIRJALLISUUSLUETTELO...210 12
Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen: MINERA-hankkeen loppuraportti 13
Kauppila, T. (toim.), Komulainen, H. (toim.), Makkonen, S. (toim.) ja Tuomisto, J.(toim.) LYHENTEET JA MÄÄRITELMÄT Termi/lyhenne "Englanninkielinen termi" Selite ADT Average Daily Traffic Keskimääräinen päivittäinen liikenne AMD Acid Mine Drainage Hapan kaivoksen valumavesi B[a]Peq Benzo[a]pyrene equivalent Benzo[a]pyreeni ekvivalentti-arvo CH4 Methane Metaani CO Carbon monoxide Hiilimonoksidi CO2 Carbon dioxide Hiilidioksidi CO2ekv. Carbon dioxidi equivalent Hiilidioksidiekvivalentti DBL DGT DOC Diffusive boundary layer Diffusive gradients in thin films Dissolved organic carbon diffuusiorajapinta; seisova vesikerros esim. huokosvesikeräimen pinnalla; lisää diffuusiomatkaa Diffuusiogradientit ohuissa kalvoissa -keräin (vesille) Liuennut orgaaninen hiili, määritetään suodatetusta vesinäytteestä ERA Ecological Risk Assessment Ekologinen riskinarviointi HI HQ LOAEC LOAEL MINERA Hazard Index Hazard Quotient Lowest Observed Adverse Effect Concentration Lowest Observed Adverse Effect Level Mine Environmental Risk Assessment Vaaraindeksi, useista haitta-aineista aiheutuvan riskin suuruutta kuvaava lukuarvo Vaarasuhde tai vaaraosamäärä, altistumisen suhde haitattomaksi katsottuun altistumiseen tai haitta-ainepitoisuuden suhde haitattomaksi katsottuun pitoisuuteen Toksisuustutkimuksessa pienin havaittavan haittavaikutuksen aiheuttava pitoisuus Toksisuustutkimuksessa pienin havaittavan haittavaikutuksen aiheuttava altistumistaso N2O Nitrous oxide Typpioksiduuli NMHC NOAEC NOAEL Hydrocarbon (excluding methane CH4) No Observed Adverse Effect Concentration No Observed Adverse Effect Level Hiilivedyt (poislukien metaani CH4) Pitoisuus, jolla ei havaita toksisuustutkimuksessa haitallisia vaikutuksia Altistuminen, jossa ei havaita toksisuustutkimuksessa haitallisia vaikutuksia NOx Nitrogen oxides Typen oksidit PAH PEC PM PNEC Polycyclic aromatic hydrocholorides Predicted Environmental Concentration The total number of particles of exhaust fumes Predicted No Effect Concentration Polysykliset aromaattiset hiilivedyt Mitattu tai arvioitu ympäristön pitoisuus Pakokaasujen kokonaishiukkasmäärä Arvioitu haitaton pitoisuus SO2 Sulphur dioxide Rikkidioksidi 14
Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen: MINERA-hankkeen loppuraportti Termi/lyhenne TEC "Englanninkielinen termi" Threshold effects concentration Selite Ympäristön pitoisuus, jolle altistuminen voi aiheuttaa vasteen eliöissä. Pienemmissä pitoisuuksissa vastetta ei havaita. TEQ Toxic equivalent quantity Myrkyllisyys ekvivalentti määrä PAH-yhdisteille TSP Total Suspended Particles Kokonaisleijuma TVOC PM10 PM2.5 Esimurskaus Total Volatile Organic Compounds PM10 PM2.5 Primary crushing Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden kokonaispitoisuus Aerodynaamiselta halkaisijaltaan alle 10 µm hiukkaset, myös PM10 Aerodynaamiselta halkaisijaltaan alle 2,5 µm hiukkaset, myös PM2.5 Karkeamurskaus, yleensä ensimmäinen murskausvaihe Välimurskaus Secondary crushing Karkeamurskauksen jälkeinen murskausvaihe Hienomurskaus Tertiary crushing Viimeinen murskausvaihe ORP Oxidation reduction potential Hapetus-pelkistyspotentiaali (mv) Päästöjen vähentämistoimet Pauna/US tonni muuntokerroin Control measures lb/tn to kg/t Tekniset toimet alkuperäisen päästön vähentämiseksi lb/tn = 454 g/ 907 kg = 0,5 (g/t) 15
Kauppila, T. (toim.), Komulainen, H. (toim.), Makkonen, S. (toim.) ja Tuomisto, J.(toim.) 16
Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen: MINERA-hankkeen loppuraportti 1 Johdanto Tommi Kauppila (GTK) 1.1 Metallimalmikaivokset ja ympäristöriskinarviointi Metallimalmikaivostoiminnan luonteeseen kuuluu ympäristöhaittojen mahdollisuus. Suomalainen kaivostoiminta on yleisesti ottaen laadukasta, päästöjä on vähennetty merkittävästi ja sivumateriaalien hyödyntämistä on lisätty, mutta vaatimukset kaivostoimintaa kuten muutakin teollista toimintaa kohtaan ovat kuitenkin kasvaneet. Ympäristösuorituskyky ja sen mittaaminen ovat tärkeässä asemassa toiminnan luvittamisessa, rahoituksen hankkimisessa, asiakkaiden vaatimusten täyttämisessä ja ns. sosiaalisen toimiluvan ansaitsemisessa. Ympäristöriskinarviointi, jossa tarkastellaan päästöjä, niiden leviämistä sekä ihmisten ja eliöiden altistumista syntyville ympäristön pitoisuuksille, on erityisen hyödyllinen lähestymistapa metallimalmikaivoksien tarkastelussa. Jokainen kaivoskohde on ympäristöriskeiltään omanlaatuisensa, kaivostoiminnan edellyttämät luvat voivat hyödyntää riskinarvioinnin tuloksia ja niitä voidaan käyttää myös riskinhallintatoimien, jälkihoidon ja tarkkailun suunnittelussa ja niihin liittyvien investointien kohdentamisessa. Metallikaivokset poikkeavat ympäristöriskinarvioinnin kannalta monelta osin muusta teollisesta toiminnasta. Ympäristöriskien luonne ja laajuus vaihtelevat kaivostoiminnan elinkaaren aikana, ja kaivostoiminnan sijoituspaikka määräytyy esiintymän sijainnin perusteella. Ilmaperäiset päästöt kaivosalueilta ovat yleensä suhteellisen vähäisiä ja paikallisia ja pienhiukkasten osuus päästöissä on vähäinen. Sen sijaan kaivostoiminnassa syntyy runsaasti mineraalipohjaisia jätemateriaaleja ja kaivannaisjätealueista voi aiheutua pitkäaikaisia päästöjä, erityisesti ns. hapanta kaivosvaluntaa. Metallimalmikaivosten ympäristöriskinarvioinnin kannalta merkityksellisiä ovat metallien ominaispiirteet vaaran aiheuttajina. Alkuaineina metalleilla on kaikkialla luontainen taustapitoisuus, joka voi kaivoskohteen ympäristössä olla korkeakin. Monet metallit ovat myös hivenaineita, ja eliöstö sopeutuu varsin nopeasti kohonneisiin metallipitoisuuksiin. Metallien geokemialliset ominaisuudet vaikuttavat niiden liikkuvuuteen, esiintymismuotoon ja biosaatavuuteen. Biosaatavuuteen vaikuttavat myös muut geokemialliset tekijät, kuten kationien välinen kilpailu kiinnittymisestä kudoksiin. Geokemiallisiin tekijöihin kuuluu vielä edellä mainittu happaman kaivosvaluman synty, johon vaikuttaa sulfidimineraalien erityisesti rautasulfidien hapettuminen kaivosalueen materiaaleissa, prosessissa syntyvä happamuus, mineraalien liukeneminen happamissa oloissa sekä metallien liikkuvuus ja toisaalta liikkuvuutta estävät tekijät. Ympäristöriskinarviointi on prosessi, joka käsittää ekologisen ja terveysriskin arvioinnin sekä niitä edeltävän vaaran ja pitoisuuksien muodostumisen selvittämisen. Metallimalmikaivoskohteiden kokonaisriskimalli on laaja ja monimutkainen, kun halutaan selvittää ja vertailla kaivoksen normaalitoiminnan aikaisten prosessien ja prosessivaihtoehtojen ekologisia ja terveysvaikutuksia. Tämän vuoksi kaivosalueiden laajamittainen ympäristöriskinarviointi vaatii monen alan erityisosaamista, eikä sitä yleensä löydy yhdestä paikasta. Työssä tarvitaan geologismineralogis-geokemiallista, toksikologista, ekotoksikologista, ekologista ja terveysriskiosaamista. Tämän kaltainen täydentävä osaamiskokonaisuus oli mahdollista koota Itä-Suomen alueelta. Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) Itä-Suomen yksikkö toimii ns. Kuopion tiedelaaksossa, samoin kuin Terveyden- ja hyvinvoinnin laitos (THL) ja Itä-Suomen yliopisto (UEF). GTK:lla on sellaista osaamista, jota voidaan hyödyntää kaivoskohteiden vaaran ja ympäristöpitoisuuksien muodostumisen selvittämisessä, UEF:stä löytyy ekologisen riskinarvioinnin ja ekotoksikologian osaamista, kun taas THL:n osaamispofiiliin kuuluu terveysriskin arviointi ja riskinarvioinnin yleinen metodiikka. Samalla tutkimusorganisaatioiden kokoonpanolla on aiemmin tehty mm. metalliteollisuudelle kohdekohtaisen riskinarvioinnin tutkimusprojekti Finmerac (Nikkarinen et al. 2008). 17
Kauppila, T. (toim.), Komulainen, H. (toim.), Makkonen, S. (toim.) ja Tuomisto, J.(toim.) 1.2 MINERA-hanke Suomessa 2000-luvulla virinnyt metallikaivostoiminnan noususuhdanne ja alan tarve ympäristöriskinarvioinnin osaamisen lisäämiselle olivat perusteina, kun GTK, UEF ja THL hakivat rahoitusta metallikaivosalueiden ympäristöriskinarvioinnin kehittämiseen tähtäävälle projektille vuonna 2009. Tekes myönsi MINERA-hankkeelle rahoitusta vuonna 2010 Pohjois-Savon aluekehitysrahoitusohjelmasta. Hankkeen kestoaika oli 2,5 vuotta, ja yritysrahoituksen osuus hankkesta oli 11 %. Mukana oli seitsemän kaivosyritystä (Agnico-Eagle Oy, Kittilän kaivos; Kylylahti Copper Oy; Nordic Mines Oy; Northland Mining Oy; FQM Kevitsa Mining Oy; Talvivaaran Kaivososakeyhtiö Oyj ja Yara Suomi Oy) ja kaksi konsulttiyritystä (Ramboll Finland Oy ja Linnunmaa Oy). Erityisesti konsulttitoimistot osallistuivat aktiivisesti myös hankkeen tekemiseen, ja kohdekohteissa toimivat yritykset antoivat runsaasti käytännön tukea hankkeelle. MINERA-hankkeen tavoitteena oli kehittää ympäristöriskinarvioinnin menetelmiä kaivosympäristöjä varten, laatia kaivoskohteiden ympäristöriskinarviointiin käsitteellinen kokonaismalli, kehittää teknologiametallien riskinarviointia erityisesti terveysvaikutusten osalta, tuoda alan toimijoita yhteen arviointiprosessin äärelle, jakaa alan tutkimustietoa ja parantaa kaivosalan toimintaedellytyksiä ympäristöriskinarvioinnin kehittämisen kautta. Tavoitteena oli helpottaa myös perustamisvaiheessa olevan kaivoksen riskinarviointia, jolloin tuloksia voidaan käyttää eri toteuttamisvaihtoehtojen vertailussa. Hankkeen työskentelytapana oli ns. avoimen arvioinnin menetelmä, jossa riskinarvioinnissa käytettävät menetelmät, oletukset ja lähtötiedot dokumentoidaan wikiympäristössä, jotta ne voidaan jälkikäteen tarkistaa ja niitä voidaan työstämisvaiheessa kommentoida. Hanke jakaantui karkeasti kolmeen lohkoon: kokonaismallin ja sen yksittäisten osien kehittämiseen, tutkimus- ja kehittämistyöhön valituista aiheista ja mallin testaukseen tapaustutkimuksissa. Pääasiallinen testikohde hankkeessa oli Kylylahti Copper Oy:n Luikonlahden rikastamoalue Kaavilla, ja siellä myös tehtiin kehitystöiden vaatimat kenttätutkimukset. Toisena testikohteensa oli Yara Suomi Oy:n Siilinjärven kaivos; siellä selvitettiin rikastuskemikaalin käyttäytymistä ympäristössä. Koska kaivostoiminta ja sen mahdolliset vaikutukset ovat hyvin moninaiset, hankkeessa rajattiin käsiteltäviä asioita. Pääasiallinen tarkasteltava kohde ovat metallimalmikaivokset Suomessa, tarkemmin niiden lähiympäristö. Itse teollisuusalue ja työperäinen altistus rajattiin pois hankkeesta. Tärkeimpinä tarkasteltavina altistuksina pidettiin metalleja (Cu, Ni, Zn, Co, Cd, Al, Cr, Ag, Au + As ja U), rikastuskemikaaleja, pienhiukkasia, melua, säteilyä ja hajua. Mahdollisuuksien mukaan päätettiin tarkastella myös ravinteiden vaikutuksia, vaikutuksia biodiversiteettiin ja mahdollisia pohjaveden pinnan muutoksia, kun taas yhteiskunnalliset ja maisemalliset vaikutukset rajattiin heti alussa hankkeen ulkopuolelle. MINERA-hankkeen tuloksia hyödynnettäessä käytettävissä ovat tämä loppuraportti sekä internetresurssi. Loppuraportissa kootaan yhteen hankkeen tuloksia ja ohjeistusta riskinarvioinnin laatimisesta. Hankkeen tapaustutkimuksista ja joistakin erillisistä kehityskohteista on laadittu erilliset raportit GTK:n Arkistoraportti-sarjaan. Hankkeessa laadittuja riskinarviointityökaluja ja riskinarviointimallin moduuleita on koottu THL:n ylläpitämälle avoimeen riskinarviointiin keskittyvälle wiki-sivustolle osoitteessa fi.opasnet.org/fi/minera. Sivustolla on myös mahdollista tehdä laskentoja MINERA-hankkeessa laadittujen työkalujen avulla. Laskenta perustuu R- koodiin, ja käytetty lähdekoodi on näkyvissä sivustolla. Hankkeen tuloksia ja työkaluja on tarkoituksenmukaista hyödyntää ensi sijassa aihepiireittäin kulloisenkin tarpeen ja käyttötarkoituksen mukaan. Sen sijaan MINERA-hankkeessa käsiteltyjen teemojen ja ympäristöriskinarvioinnin lähestymistapojen valikoima ei ole ehdotus kaivoskohteiden ympäristöriskinarviointihankkeiden sisällöstä ja laajuudesta. Useimpiin tarkoituksiin MINERA-hankkeen mukainen tarkastelu on liian laaja, kun taas moniin yksittäisten kaivoskohteiden ympäristöriskien kannalta tärkeisiin kysymyksiin lähestymistapa voi olla liian yleispiirteinen. 18