Rakennusjätteen koostumustutkimus Etelä-Karjala

LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO LAPPEENRANTA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY School of Energy Systems Sustainability Science LUT Scientific and Expertise Publications Tutkimusraportit Research Reports 82 Miia Liikanen, Olli Helppi, Jouni Havukainen & Mika Horttanainen Rakennusjätteen koostumustutkimus Etelä-Karjala FISS Etelä-Karjalan teollisten symbioosien palvelu -hanke

Lappeenranta University of Technology School of Energy Systems Sustainability Science Rakennusjätteen koostumustutkimus Etelä-Karjala FISS Etelä-Karjalan teollisten symbioosien palvelu -hanke Miia Liikanen, Olli Helppi, Jouni Havukainen, Mika Horttanainen 14.5.2018 Tutkimusraportit Research Reports 82 ISSN-L 2243-3376, ISSN 2243-3376 978-952-335-228-5 (PDF)

SISÄLLYSLUETTELO 1 Tiivistelmä... 2 2 Tutkimussuunnitelma... 3 2.1 Sekalaisen rakennusjätteen koostumustutkimus... 3 2.1.1 Aiemmat tutkimukset... 3 2.1.2 Jäteluokittelu... 3 2.2 Näytteenotto... 4 2.3 Lajittelu ja punnitus... 5 2.4 Rakennusjätteen mekaanisessa erottelussa syntyvä rejekti... 6 3 Tulokset... 6 3.1 Sekalaisen rakennusjätteen kuormakohtainen koostumus... 6 3.2 Keskimääräinen koostumus... 9 3.3 Tasoseulan alite... 11 4 Tulosten tarkastelu ja johtopäätökset... 13 4.1 Vertailu muihin tutkimuksiin... 13 4.2 Johtopäätökset... 14 5 Lähteet... 15 1

1 Tiivistelmä Rakennusjätteen koostumustutkimus toteutettiin osana FISS Etelä-Karjalan teollisten symbioosien palvelu -hanketta, joka on Lappeenrannan kaupungin ja Lappeenrannan teknillisen yliopiston (LUT:n) yhteishanke. Hanke on Euroopan aluekehitysrahaston osittain rahoittama, ja se alkoi 1.6.2016 ja kestää 31.12.2018 asti. LUT toteutti rakennusjätteen koostumustutkimuksen 5.-9.6.2017 osana hankkeen työpakettiaan. Tutkimus tehtiin yhteistyössä Etelä-Karjalan Jätehuolto (EKJH) Oy:n kanssa. Sen tavoitteena oli määrittää EKJH:n vastaanottaman sekalaisen rakennusjätteen massaperusteinen koostumus. Tutkimuksessa lajiteltiin kuutta sekalaista rakennusjätekuormaa manuaalisesti. Jätteet lajiteltiin yhteensä 18 jätejakeeseen. Rakennusjätteen koostumustutkimuksen lisäksi hankkeessa tutkittiin sekalaisen rakennusjätteen mekaanisessa erottelussa syntyvän rejektin ominaisuuksia edustavan näytteenoton kannalta. Tavoitteena oli selvittää miniminäytekoko, joka tarvitaan edustavan näytteen ottoon kyseisestä jätemateriaalista. Kiviaines, puu ja muovi olivat selkeästi suurimmat jätejakeet lajitelluista rakennusjätekuormista. Ne muodostivat yhteensä noin 70 % keskimääräisestä koostumuksesta. Kun tuloksia verrataan aikaisemmin toteutettuihin rakennusjätteen koostumustutkimuksiin ja kirjallisuustietoon, rakennusjätteen keskimääräinen koostumus oli samankaltainen kuin muissa tutkimuksissa. On kuitenkin huomioitava, että tuloksissa on epävarmuutta rakennusjätteen heterogeenisyydestä ja vähäisestä näytemäärästä johtuen. 2

2 Tutkimussuunnitelma 2.1 Sekalaisen rakennusjätteen koostumustutkimus 2.1.1 Aiemmat tutkimukset Suomessa on tehty verrattain vähän rakennusjätteen koostumustutkimuksia rakennusjätteen heterogeenisen koostumuksen vuoksi; koostumus vaihtelee merkittävästi sekä kohteittain (uudis-, saneeraus ja purkukohteet) että ajallisesti (rakentamisen eri vaiheet). Tyypillisesti rakennusjätteen koostumustutkimuksia on tehty lajittelemattomille rakennusjätekuormille tai -näytteille. Alle (taulukko 1) on koottu eräitä Suomessa viime vuosina toteutettuja rakennusjätteen koostumustutkimuksia. Taulukko 1. Aiempia rakennusjätteen koostumustutkimuksia Suomessa. Tutkimus Lähde Saatavilla: Etelä-Karjalan alueen yritysten jätevirrat ja jätteenkäsittelyn kannattavuus alueella Hakulinen, 2013 http://urn.fi/urn:nbn:fife201305143487 Rakennus- ja purkujätemateriaalin lajittelun kehittäminen Ronkanen, 2016 http://urn.fi/urn:nbn:fife2016101725332 Kaatopaikka- ja rakennusjätteen lavakuormien laatututkimus Kujalan jätekeskuksessa Vanhala, 2010 http://urn.fi/urn:nbn:fi:amk- 2010092913312 2.1.2 Jäteluokittelu Tutkimuksen jätejakeiden luokittelussa otettiin huomioon aiemmin toteutetut rakennusjätteen koostumustutkimukset ja niissä käytetyt luokittelut. Lisäksi jäteluokittelun haluttiin olevan materiaaliperusteinen, jotta voitaisiin arvioida mahdollisimman hyvin muun muassa jätteen hyötykäyttö- ja kierrätysmahdollisuuksia. Toinen vaihtoehto olisi luokitella jätteet hyötykäyttö- ja käsittelymahdollisuuksien mukaan, esimerkiksi energiajätteeseen ja loppusijoitettavaan jätteeseen. Tällainen luokittelu ei kuitenkaan kuvaa yksiselitteisesti, mistä materiaaleista rakennusjäte varsinaisesti koostuu. Alla on esitetty luokittelu rakennusjätteen koostumustutkimukseen. Listattujen jakeiden lisäksi tutkimuksessa on syytä lajitella hienoaines omaksi jakeekseen, mikäli sitä on näytteissä paljon ja se on helposti kerättävissä. 3

Jäteluokittelu: 1. Paperi ja pahvi 2. Kipsi 3. Betoni 4. Tiilet 5. Muu kiviaines 6. Mineraali- ja lasivilla 7. Lastulevy ja vaneri 8. Kyllästetty puu ja kestopuu 9. Parketti ja laminaatti 10. Maalattu ja lakattu puu 11. Puhdas puu 12. Metalli 13. Kalvomuovit 14. Kovamuovit (pl. PVC) 15. PVC 16. Lasi 17. Kattohuopa Kiviaines Muovi Puu 18. Sekalainen (esim. tekstiilit ja uretaani) Luokittelussa kiviainekset, puu ja muovit on luokiteltu muita materiaaleja tarkemmin. Niiden arvioitiin muodostavan merkittävän osuuden rakennusjätteen koostumuksesta, ja niillä on hyötykäyttöpotentiaalia erilaisissa sovelluskohteissa, kuten puumuovikomposiittien valmistuksessa. 2.2 Näytteenotto Näytteet otettiin satunnaisista rakennusjätekuormista EKJH:n Kukkuroinmäen käsittelykeskuksella. Kuormat olivat sekalaista rakennusjätettä, eli käytännössä lajittelematonta rakennusjätettä. Kuormia oli kuusi, ja niistä otettiin yhteensä 18 näytettä, joiden avulla määritettiin kuormakohtaiset koostumukset. Näytteenotossa tavoitteena oli, että 4

lajitellut näytteet edustavat mahdollisimman hyvin rakennusjätekuormia silmämääräisen arvion perusteella. Näytteet otettiin manuaalisesti rakennusjätekasasta mahdollisimman edustavasti ympäri kasaa. Näytteet otettiin satunnaisotannan periaattein. Näytteitä otettiin 1-4 kappaletta per kasa. Ensimmäisestä kasasta otettiin poikkeuksellisesti vain yksi näyte, joka oli massaltaan muita näytteitä suurempi. Rakennusjätteen suuren ja vaihtelevan palakoon vuoksi näytteet kerättiin omiksi kasoikseen ilman tiettyä tilavuus- tai massaperusteista määrää (esim. 200 kg/näyte tai 1 000 l/näyte). Näytteet olisi kuitenkin suositeltava ottaa joko tilavuus- tai massaperusteisesti. Näytteet voi esimerkiksi kerätä tyhjään vaihtolavaan. Tässä tutkimuksessa näytteet kuitenkin kerättiin asfalttikentälle omiksi kasoikseen silmämääräisen arvion perusteella olosuhteiden vuoksi. 2.3 Lajittelu ja punnitus Näytteet lajiteltiin luokitteluohjeen mukaisesti. Lajittelussa noudatettiin seuraavia periaatteita: jos tuote sisältää silmämääräisesti materiaalia X massaosuudeltaan eniten, se lajitellaan jäteluokkaan X; jäteluokkiin 1.-17. kuulumattomat materiaalit lajitellaan jäteluokkaan 18. Sekalainen; jos rakennusjätekuormassa on selkeästi rakennusjätteisiin kuulumattomia materiaaleja (esimerkiksi huonekaluja) merkittävästi, ne punnitaan erikseen ja kirjataan punnituspöytäkirjaan, jotta ne eivät vääristä koostumustietoa jätetään koostumusdatan ulkopuolelle. Jätteet punnittiin pääasiassa Rocla RHW-21 -pumppukärryvaa alla, joka punnitsee 1,0 kg:n tarkkuustasolla. Jätteet, joita kertyi lajittelussa vain vähän (esimerkiksi PVC), punnittiin Ascom Hasler Mailtaxer -vaa alla, joka punnitsee 1 g:n tarkkuustasolla. Punnitustulokset kirjattiin punnituspöytäkirjaan. 5

2.4 Rakennusjätteen mekaanisessa erottelussa syntyvä rejekti Sekalaisen rakennusjätteen koostumuksen lisäksi tutkittiin rakennusjätteen mekaanisessa erottelussa syntyvää rejektiä. Mekaaninen erottelu toteutettiin mobiililla laitteistolla, jossa oli murskaus, tasoseula ja tuuliseula. Tarkastelun kohteena oli tasoseulan alite. Ko. alite oli silmämääräisesti hyvin mineraalipitoista ja sille ei ollut tiedossa selkeää hyötykäyttökohdetta. Tämän vuoksi alite sijoitettiin kaatopaikalle. Alitteesta aikaisemmin teetettyjen analyysien perusteella tiedettiin, että alite täyttää kaatopaikkakelpoisuuden kriteerit, joita on muun muassa orgaanisen hiilen kokonaismäärä (TOC), jonka raja-arvo on rakennus- ja purkujätteen lajittelussa syntyvälle jätteelle on 15 % vuoteen 2020 asti. Vuodesta 2020 lähtien raja-arvo on 10 %. (A 2.5.2013/331, 53.) Alitteen kaatopaikkakelpoisuutta ei selvitetty hankkeessa, vaan tutkimuksen kohteena oli selvittää, kuinka ko. rejektistä saadaan edustava näyte muun muassa kaatopaikkakelpoisuuden määrittämiseksi. Tarkastelun kohde oli siis alitteen ominaisuuksien sijaan sen näytteenotossa. 3 Tulokset 3.1 Sekalaisen rakennusjätteen kuormakohtainen koostumus Rakennusjätekuormista otettiin osanäytteitä, joista koostettiin kuormakohtaiset kokoomanäytteet. Ensimmäinen rakennusjätekuorma oli ennemmin asuinrakennuksen tyhjennysjätettä kuin varsinaista rakennusjätettä. Kuormassa oli runsaasti (363 kg) huonekaluja (muun muassa sohvia ja nojatuoleja), jotka lajiteltiin erikseen ja punnittiin. Ne kuitenkin jätettiin koostumustulosten ulkopuolelle, jotta ne eivät vääristäisi tuloksia; huonekalut eivät ole rakennusjätettä vaan energiajätettä EKJH:n lajitteluohjeiden mukaan. Toisesta rakennusjätekuormasta otettiin kolme osanäytettä. Kuormassa oli yksittäisenä jätejakeena eniten puuta. Kolmannesta kuormasta otettiin neljä näytettä. Kuorma sisälsi silmämääräisesti selkeästi eniten muovia. Neljännestä ja viidennestä kuormasta otettiin molemmista neljä näytettä. Silmämääräisesti kuormat olivat hyvin sekalaisia koostumukseltaan; kuormissa ei ollut selkeästi suurinta jätejaetta. Kuudennesta kuormasta otettiin kaksi näytettä. Toisen kuorman tavoin kuudes kuorma sisälsi silmämääräisesti selkeästi eniten puuta. Kuvassa 1 on 6

esitetty rakennusjätekuormat valokuvin. Kuvassa 2 sen sijaan on esitetty kuormakohtaiset koostumukset ja kokoomanäytteiden massat. 1 2 3 4 5 6 Kuva 1. Rakennusjätekuormat ( Miia Liikanen). 7

1 14% 5% 1% 10% 2 3% 8% 14% 5% 1% 11% 7% 14% 883 kg 36% 55% 197 kg 8% 8% 1% 3 4 2% 2% 1% 30% 18% 1% 4% 1% 5% 5% 6% 0.3 % 180 kg 35% 16% 21% 6% 386 kg 4% 42% 5 2% 6 1% 4% 2% 3% 5% 2% 18% 6% 174 kg 13% 11% 5% 31% 7% 131 kg 8% 7% 20% 13% 8% 31% 3% 2% 1 951 kg Kuva 2. Kuormakohtaiset koostumukset. 8

3.2 Keskimääräinen koostumus Rakennusjätteen keskimääräinen koostumus määritettiin painottamalla kuormakohtaisia koostumuksia niin, että kaikki kuormat ovat yhtä edustettuina kokonaiskoostumuksessa. Jokaisen kuorman massaksi määritettiin 100 kg. Puu, kiviaines ja muovi olivat selkeästi suurimmat jätejakeet: niiden osuudet olivat 26 %, 25 % ja 18 % edellä mainitussa järjestyksessä. Rakennusjätteen keskimääräinen koostumus on esitetty kuvassa 3. 9

Rakennusjätteen keskimääräinen koostumus Lasi 6 % Sekalainen 9 % Pahvi ja paperi 7 % Muovi 18 % Kiviaines 25 % Metalli 4 % Mineraali- ja lasivilla 5 % Puu 26 % 1% 5% 13% 4% 4% 16% 9% 7% 3% 1% 6% 9% 5% 3% 2% 12% Pahvi ja paperi Kipsi Betoni Tiilet Muu kiviaines Mineraali- ja lasivilla Lastulevy ja vaneri Kyllästetty puu ja kestopuu Maalattu ja lakattu puu Puhdas puu Metalli Kalvomuovit Kovamuovit (pl. PVC) PVC Lasi Sekalainen Kuva 3. Keskimääräinen koostumus 10

3.3 Tasoseulan alite Rakennusjätteen mekaaninen erottelu prosessi on havainnollistettu kuvassa 4, jossa on myös esitetty erottelun eri prosessivaiheet ja niissä erotellut materiaalivirrat käsittelytapoineen. Murskaus Kierrätys Metalli Kaatopaikka Rejekti Tasoseula Energiajae Poltto Kierrätys Metalli Kuljetin Kaatopaikka Rejekti Tuulierotin Pääosin villaa Energiajae Kaatopaikka Poltto Kuva 4. Havainnollistava kuva rakennusjätteen mekaanisesta erottelusta. Kuten edellä on mainittu, tutkimuksen kohteena oli tasoseulan alite (katso kuva 5), jolle ei ollut selkeää hyötykäyttökohdetta, vaan alite loppusijoitettiin kaatopaikalle. Jotta alite voidaan sijoittaa kaatopaikalle, täytyy sen täyttää kaatopaikkakelpoisuuden kriteerit. Hankkeessa selvitettiin tarvittava näytekoko ko. materiaalin ominaisuuksien (esimerkiksi orgaanisen hiilen kokonaismäärä) selvittämiseksi. Lisäksi tehtiin näytteenottosuunnitelma vastaavanlaiselle jätemateriaalille. 11

Kuva 5. Tasoseulan alite ( Jouni Havukainen). Näytteenottosuunnitelman runkona käytettiin SFS-EN 14899, joka käsittelee jätteiden karakterisointia, näytteenottoa sekä näytteenottosuunnitelman laatimista ja soveltamista. Lisäksi näytteenottosuunnitelmassa hyödynnettiin teknistä raporttia CEN/TR 15310-3:fi (jätteen karakterisointi ja näytemateriaalinäytteiden ottaminen osa 3) sekä standardeja SFS- EN 932-1 (kiviainesten yleisten ominaisuuksien testaus osa 1) ja SFS-EN 1097-3 (kiviainesten mekaanisten ja fysikaalisten ominaisuuksien testaus). Kahta jälkimmäistä standardia käytettiin juuri ko. alitteen, eli mineraalipitoisen tasoseulan alitteen, näytekoon määrittämisessä. Näytteenottosuunnitelma kokonaisuudessaan on esitetty Olli Helpin kandidaatintyöstä (Helppi, 2018). Miniminäytekooksi ko. mineraalipitoiselle materiaalille arvioitiin 7,4 kg. Tämä on yksittäisen näytteen massa. Jotta jätemateriaalista saataisiin mahdollisimman edustava näyte ominaisuuksien analysointia varten, tulisi kokoomanäytteitä ottaa useampi kappale. 12

4 Tulosten tarkastelu ja johtopäätökset 4.1 Vertailu muihin tutkimuksiin Rakennusjätteen koostumustutkimuksen vertailu muihin tutkimuksiin on haastavaa erilaisista jäteluokituksista johtuen. Taulukossa 2 tuloksia on verrattu kahteen aiempaan tutkimukseen (Ronkanen, 2015; Vanhala, 2010) niiden jakeiden osalta, jotka olivat verrattavissa tutkimusten välillä. Lisäksi taulukossa tuloksia on verrattu kirjallisuudesta löytyvään tietoon rakennusjätteen koostumuksesta Suomessa (Nasrullah et al., 2014). Taulukko 2. Vertailu muihin tutkimuksiin ja kirjallisuustietoon. Jäteluokka Osuus (%) Tämä tutkimus Ronkanen, 2015 Vanhala, 2010 Nasrullah et al., 2014 Pahvi ja paperi 7 8 4 12 Kiviaines 25 13* 24 31* Mineraali- ja lasivilla 5 7 6 - Puu 26 17 31 24 Metalli 4 13 6 10 Muovi 18 15-12 Lasi 6 - - 3 Sekalainen 9 27-9 *) Olettaen, että hienoaines on pääosin kiviainesta. Taulukosta nähdään, että rakennusjätteen koostumusdata on melko samankaltaista tutkimusten välillä: puu, muovi ja kiviaineksen ovat suurimmat jätejakeet rakennusjätteessä. Erityisesti tämän ja Nasrullahin tutkimuksen koostumusdata on hyvin samankaltaista. Kun tuloksia käy läpi jätejakeittain, nähdään, että paperin ja pahvin osuudet olivat verrattain samansuuruisia kaikissa tutkimuksissa. Kiviaineksen osuus vaihteli sen sijaan jonkin verran. Tämän selittänee osittain ainakin erilaiset lajittelukäytännöt. Ronkasen tutkimuksessa, jossa kiviaineksen osuus oli pienin, erilaiset lattiamateriaalit (kuten kaakelit) lajiteltiin sekalaisiin jätteisiin. Lasi- ja mineraalivillojen osuus oli hyvin samansuuruinen tässä, Vanhalan ja Ronkasen tutkimuksessa. Puun osuus sen sijaan vaihteli tutkimusten välillä - mahdollisena syynä erilaiset lajittelukäytännöt. Ronkasen tutkimuksessa, jossa puun osuus oli pienin, osa puumateriaaleista 13

(kuten kyllästetty puu) lajiteltiin sekalaisiin jätteisiin, kun taas muissa tutkimuksissa se lajiteltiin puuhun. Metallin osuus vaihteli tutkimuksissa jonkin verran (4-13 %). Muovin osuus oli sen sijaan melko samansuuruinen tutkimusten välillä. Huomioitavaa on, että Vanhalan tutkimuksessa muovit lajiteltiin energiajätteeseen. Lasi oli lajiteltu omaan jakeeseen vain tässä ja Nasrullahin tutkimuksessa. Lasia oli suhteellisen vähän (3 ja 6 %) molemmissa tutkimuksissa. Sekalaisen jätteen sisältö vaihteli merkittävästi tutkimusten välillä. Kyseisen jäteluokan osuuskin vaihteli tutkimusten välillä huomattavasti (9-27 %). 4.2 Johtopäätökset Sekalaisen rakennusjätteen koostumuksen määrittäminen on erittäin haastavaa jätteen heterogeenisyydestä johtuen. Jotta voitaisiin tilastollisesti luotettavia arvioita rakennusjätteen koostumuksesta, huomattavasti enemmän kuormia ja näytteitä pitäisi tutkia. Vähäisestä näytemäärästä huolimatta rakennusjätteen keskimääräinen koostumus osoittautui hyvin samankaltaiseksi kuin muissa rakennusjätteen koostumustutkimuksissa: puu, muovi ja kiviaines ovat suurimmat jätejakeet sekalaisessa rakennusjätteestä. 14

5 Lähteet A 2.5.2013/331. Valtioneuvoston asetus kaatopaikoista. Hakulinen, Henri. 2013. Etelä-Karjalan alueen yritysten jätevirrat ja jätteenkäsittelyn kannattavuus alueella. Diplomityö, Lappeenrannan teknillinen yliopisto. Saatavilla: http://urn.fi/urn:nbn:fi-fe201305143487 Helppi, Olli. 2018. Näytteenottosuunnitelma rakennus- ja purkujätteen mekaanisen erottelun rejektille. Kandidaatintyö, Lappeenrannan teknillinen yliopisto. Saatavilla: http://urn.fi/urn:nbn:fi-fe2018050419377 Nasrullah, Muhammad; Vainikka, Pasi; Hannula, Janne; Hurme, Markku; Kärki, Janne. 2012. Mass, energy and material balances of SRF production process Part 2: SRF produced from construction and demolition waste. Waste Management 34 (11), 2163-2170. Ronkanen, Mikko. 2016. Rakennus- ja purkujätemateriaalin lajittelun kehittäminen. Diplomityö, Lappeenrannan teknillinen yliopisto. Saatavilla: http://urn.fi/urn:nbn:fi-fe2016101725332 Vanhala, Suvi. 2010. Kaatopaikka- ja rakennusjätteen lavakuormien laatututkimus Kujalan jätekeskuksessa. Opinnäytetyö, Lahden ammattikorkeakoulu. Saatavilla: http://urn.fi/urn:nbn:fi:amk-2010092913312 15

ISBN 978-952-335-228-5 (PDF) ISSN-L 2243-3376 ISSN 2243-3376 Lappeenranta 2018