Metaanimittaukset Ämmässuon vanhalla kaatopaikalla 2018 Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä Samkommunen Helsingforsregionens miljötjänster Helsinki Region Environmental Services Authority
Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä PL 100 00066 HSY 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...error! Bookmark not defined. 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 Liite 1 Mitatut pisteet ja reitit 13 Liite 2 Kaivot 19 3
1 Johdanto HSY:n seutu- ja ympäristötieto teki kesän (16.8.-23.8.2018) aikana metaanimittauksia Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksen vanhalla kaatopaikka-alueella. Mittaukset tehtiin HSY jätehuollon tilauksesta. Mittauksien perusteella kartoitettiin kaasunkeräysjärjestelmän toimivuutta ja mahdollisia vuotokohtia kaasunkeräysjärjestelmässä. Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksessa on tehty 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 näytteenottolaitteisto, joilla metaania mitattiin. Mittauspisteitä kertyi 278 kappaletta. Pintarakenteen lisäksi erityisiä mittauskohteita olivat kaasunkeräyskaivot ja niiden ympärystöt. 1.1 Vanha kaatopaikka alue Vanha kaatopaikka-alue on laajuudeltaan 55 ha, josta oli tiivistysrakenteella viimeisteltynä ennen mittauksia noin 46 ha. Kaatopaikan lakialueella on noin 7 ha:n alue, joka on esipeitetty tiiviillä maatäytöllä ja alueelle on asennettu pystykeräysjärjestelmän lisäksi vaakasuuntainen kaasunkeräysputkisto. Viimeistellyllä alueella jätetäytön ja esipeittokerroksen päälle on rakennettu kaasunkeräyskerros, jonka päällä ovat tiivisterakenteet bentoniitista ja 2,5 mm muovikalvosta. Näiden päälle on rakennettu osittain jo kuivatus- ja kasvukerrokset. Pintarakenne on esitetty tarkemmin kuvassa 1. Kasvukerroksen ylin kerros puuttuu vielä osasta viimeisteltyä aluetta ja se on kuvassa 2 punaisen ja vihreän viivan välinen alue. Tälle alueelle ylin kasvukerros on vuonna 2018 rakenteilla. 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. Vanhan kaatopaikan pintarakenteet. 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, punaisen ja vihreän välissä kasvukerrokset ovat vuonnna 2018 rakenteilla. 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 Metaanipitoisuuksia mitataan kaatopaikka-alueella mönkijään kiinnitetyillä mittalaitteilla. Vuoden 2018 metaanimittaukset suoritettiin vuosien 2013-2017 tapaan Sewerin DP-IR mittalaitteella, johon oli liitetty ajoneuvosarja (Kuva 3). Laitteisto asennettiin Ämmäsuon alueella käytössä olevaan mönkijään. Ajoneuvoasennussarjaan kuuluu nelipäinen mittausteline sekä ulkoinen pumppu tehostamaan näytevirtausta (Kuva 4). Mittauspäät on 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 paikkatietojärjestelmää, jonka käyttöliittymä toimii Trimble GeoExplorer XH 6000- laitteessa. Laite hyödyntää GPS-satelliittien lisäksi GNSS-satelliitteja sekä GPRS-verkkoa sijainnin määrittämiseen. Laitteen paikannusohjelmisto tallentaa ajossa 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 sekä ulkoinen pumppu ja akku ruskeassa laatikossa. 2.2 Mittausten suorittaminen Mittaukset suoritettiin siten, että mönkijällä ajettiin noin 2-4 km/h nopeudella ja samalla DP-IR laite mittasi jatkuvasti neljästä mittauspäästä kerättyä näyteilmaa. Samalla Trimble GeoExpolrer XH 6000 GNSS-laite tallensi kuljettua reittiä. Metaanimittauksia tehtiin ajoreitillä jatkuvasti. 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. Alle 10 ppm pitoisuuksissa vuotoa ei pysty erottamaa alueen taustapitoisuudesta, jolloin mittaukseksi merkittiin nolla. 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 vastaavasti, kuten maastossa ajettaessa. Mittaukset suoritettiin mahdollisuuksien mukaan myös kaasunkeräyskaivon suojakuvun sisäpuolelta. Mitattava 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
Kesän 2018 metaanimittausten reitille kertyi pituutta yhteensä noin 40 kilometriä. Ajetun reitin pituus on vaihdellut eri vuosien välillä noin 25 50 kilometrin välillä. Kuvassa 6 on esitetty kesän 2018 mittausreitti kokonaisuudessaan. Vuonna 2018 alue pystyttiin ajamaan lähes kokonaan. 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. Kuva 6. Kesän 2018 metaanimittausten reitti kokonaisuudessaan ilman mittauspisteitä. Matkaa kertyi noin 40 km. 8
3 Tulosten tarkastelu 3.1 Pitoisuudet vanhalla kaatopaikalla Vuonna 2018 mitatut metaanipitoisuudet maastossa olivat pääasiassa pitoisuusluokassa 10 100 ppm. Maastosta mitatuilla pitoisuuksilla tarkoitetaan vuotokohtia, jotka eivät ole löytyneet kaasunkeräyskaivojen välittömästä läheisyydestä. Näitä pisteitä havaittiin vanhalla kaatopaikalla 8 kpl, pitoisuusluokassa 100 1000 ppm havaittiin 4 kpl ja pitoisuusluokassa 1000 10 000 ppm havaittiin 3 kpl. Alle 10 ppm olevia pitoisuuksia ei raportoida vaan mönkijällä suoritettavissa mittauksissa 0 10 ppm:n pitoisuusluokka on korvattu jatkuvalla mittauksella. Mitatut pitoisuudet olivat hyvin vastaavalla tasolla kuin vuonna 2017. Mitattujen pisteiden pitoisuusluokat sekä niiden sijainnit vuosilta 2013-2018 on esitetty liitteessä 1. Taulukossa 1 on esitetty vuosien 2013-2018 mitattujen metaanipitoisuuksien jakautuminen eri luokkiin. Mitattujen pitoisuuksien määrässä on ollut paljon hajontaa eri vuosien välillä mutta vuotokohtia löytyi viime vuoteen verrattuna hyvin vastaava määrä. 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 2013-2018 mittaukset ovat keskenään vertailukelpoisia, koska mittaukset on tehty samalla menetelmällä käyttäen apuna mönkijää. Tulosten vertailussa tulee kuitenkin ottaa huomioon, että reitti ei ole aina täysin sama ja kaatopaikan rakenteet muuttuvat koko ajan varsinkin lakialueella. Taulukko 1. Mittauspisteiden lukumäärä pitoisuusluokittain vanhalla kaatopaikalla vuosina 2013-2018. 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Pitoisuusluokka (ppm) kpl kpl kpl kpl kpl kpl 10 100 61 4 14 10 10 8 100 1 000 2 4 6 8 2 4 1 000 10 000 3 0 3 7 0 3 10 000 100 000 0 0 2 5 0 0 100 000 140 000 0 0 0 0 0 0 140 000 1 000 000 0 0 0 0 0 0 Yhteensä 66 8 25 30 12 15 Mittaukset vuosina 2004-2012 eivät ole vertailukelpoisia vuoden 2013 jälkeen tehtyjen mittausten kanssa. Taulukossa 2 on esitetty vuosien 2004-2012 mittaustulokset. Tällöin mittalaite oli erilainen 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. 3.2 Pitoisuudet kaasunkeräyskaivojen ympäristössä Kaasunkeräyskaivojen ja muiden rakenteiden ympäristöistä mittauskohteita kertyi yhteensä 242 kappaletta. Suurin osa (90 %) mitatuista kaivoista oli pitoisuudeltaan 0-10 ppm eli vuotoja ei havaittu. Yli 10 ppm:n tuloksia mitattiin 23 eri kaivosta. Suurimpia pitoisuuksia eli yli 10 000 ppm mitattiin neljän eri kaivon ympäristöstä, joista suurin mitattu pitoisuus oli 40 000 ppm. Viimeistellyltä alueelta ei löytynyt yli 10 ppm pitoisuuksia. Liitteessä 2 on esitetty mitatut metaanipitoisuudet ja niiden sijainti kaivojen ympäristöistä vuosilta 2013 2018. Taulukossa 3 on esitetty kaasunkeräyskaivojen ympäristössä mitattujen pitoisuuksien jakautuminen eri pitoisuusluokkiin vuosina 2013 2018. Vuosina 2015 2018 yli 10 ppm pitoisuuksia on löytynyt hyvin vastaava määrä. Kaivot, josta metaania vuotaa vaihtelevat eri vuosien välillä pois lukien kaivo K9, josta on mitattu korkeita pitoisuuksia monena vuonna. Taulukko 3. Mitattujen kaasukaivojen lukumäärä pitoisuusluokittain vuosina 2013-2017 Kaasukaivot 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Pitoisuusluokka (ppm) kpl kpl kpl kpl kpl kpl 0 10 109 180 179 204 245 219 10 100 112 25 5 6 3 8 100 1 000 6 4 1 7 5 8 1 000 10 000 3 1 4 6 7 3 10 000 100 000 0 1 4 6 5 4 100 000 140 000 0 0 0 0 0 0 140 000 1 000 000 1 0 0 1 0 0 Pisteitä yhteensä 231 211 193 230 265 242 Taulukossa 4 on verrattu vuosien 2005 2012 tuloksia kaasukaivoista mitattuihin pitoisuuksiin ja niiden jakaumaan. Ero ennen vuotta 2013 mitattuihin tuloksiin johtuu mittausmenetelmän muutoksesta. 10
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 2018 metaanimittaukset suoritettiin vanhalla kaatopaikalla mönkijällä ja käyttäen vuosien 2013-2017 mittaustapaa. Mönkijämittausmenetelmällä vuotokohtia maastosta löytyi 15 kpl. Maastosta mitatuilla pitoisuuksilla tarkoitetaan vuotokohtia, jotka eivät ole löytyneet kaasunkeräyskaivojen välittömästä läheisyydestä. Kaikki näistä vuotokohdista mitatut pitoisuudet olivat alle 10 000 ppm ja suurin osa mitattiin lakialueelta. Ajettu reitti oli yhteensä noin 40 km. Kolmeen edellisvuoteen verrattuna maaston vuotokohtien määrä on pysynyt samalla tasolla. Kaivojen ja muiden rakenteiden ympäristöjä mitattiin kaatopaikalta yhteensä 242 eri mittauskohteesta. Yli 10 ppm pitoisuus mitattiin 23 kohteesta. Vuonna 2017 yli 10 ppm pitoisuuksia mitattiin 20 ja vuonna 2016 26 eri kohteesta. Mitattujen kaivojen ja muiden rakenteiden vuotokohtien määrä on siis pysynyt samalla tasolla viime vuosina. Pitoisuudet jakautuivat eri pitoisuusluokkiin hyvin vastaavasti kuin edellisenä vuonna. Yli 1 000 ppm pitoisuuksia mitattiin vuonna 2018 7 ja vuonna 2017 12 eri kohteesta. Yli 100 000 ppm pitoisuuksia ei mitattu. Kahta vuotoa lukuunottamatta kaikki vuotokohdat löytyivät lakialueelta. Vuoden 2018 mittauksissa lähes kaikki kaivot pystyttiin mittaamaan. Tulokset ovat lakialuetta lukuunottamatta vertailukelpoisia myös aikaisempien vuosien mittauksiin, jolloin mittauksissa ei vielä käytetty mönkijää apuna. Mittaustulosten vertailuun vaikuttaa myös se, että vuonna 2013 otettiin käyttöön sekä mönkijä että uusi mittalaite. Tällä uudella jatkuvatoimisella mittausperiaatteella mitattu pinta-ala on samankokoinen viimeistellyllä alueella kuin aikaisempina vuosina. Tulkittaessa tuloksia lakialueella tulee ottaa huomioon, että lakialuetta on muokattu ja muokataan edelleen, jolloin tuloksia ei voi verrata luotettavasti edellisten vuosien mittauksiin. 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. Ennen vuotta 2013 mitatun pitoisuuden yläraja oli mittausteknisistä syistä johtuen 140 000 ppm, kun taas vuoden 2013 jälkeen uudella laitteella tämä rajoitus poistui. 12
Liite 1. Reitit ja mitatut metaanipitoisuudet Metaanimittauksissa ajetut reitit ja maastosta löydetyt yli 10 ppm pitoisuudet vuosilta 2013 2018 (Kuvat 1-5). Kuva 1. Vuonna 2018 maastosta mitatut metaanipitoisuudet pisteittäin ja mittauksissa kuljettu reitti. 13
Kuva 2. Vuonna 2017 mitatut metaanipitoisuudet pisteittäin ja mittauksissa kuljettu reitti. Kuljetulla reitillä ei ole havaittu vuotoja kuin mittauspisteissä. 14
Kuva 3. Vuonna 2016 mitatut metaanipitoisuudet pisteittäin ja mittauksissa kuljettu reitti. Kuljetulla reitillä ei ole havaittu vuotoja kuin mittauspisteissä. 15
Kuva 4 Vuonna 2015 mitatut metaanipitoisuudet pisteittäin ja mittauksissa kuljettu reitti. Kuljetulla reitillä ei ole havaittu vuotoja kuin mittauspisteissä. 16
Kuva 5. Vuonna 2014 mitatut metaanipitoisuudet pisteittäin ja mittauksissa kuljettu reitti. 17
Kuva 6. Vuonna 2013 mitatut metaanipitoisuudet pisteittäin ja mittauksissa kuljettu reitti. 18
Liite 2. Kaivot ja mitatut metaanipitoisuudet Kaivojen ympäristöistä mitatut pitoisuudet vuosilta 2013 2017. Kaivojen ympäristöt ovat mitattu yksipäisellä sondilla käsin. Kuva 1. Kaasunkeräyskaivojen kohdalla mitatut metaanipitoisuudet vuonna 2018. 19
Kuva 2. Kaasunkeräyskaivojen kohdalla mitatut metaanipitoisuudet vuonna 2017. Huom. osa kaivoista on suotovesikaivoja. 20
Kuva 3 Kaasunkeräyskaivojen kohdalla mitatut metaanipitoisuudet vuonna 2016. Huom. osa kaivoista on suotovesikaivoja. 21
Kuva 4. Kaasunkeräyskaivojen kohdalla mitatut metaanipitoisuudet vuonna 2015. Huom. osa kaivoista on suotovesikaivoja. 22
Kuva 5. Kaasunkeräyskaivojen kohdalla mitatut metaanipitoisuudet vuonna 2014. Huom. osa kaivoista on suotovesikaivoja 23
Kuva 6. Kaasunkeräyskaivojen kohdalla mitatut metaanipitoisuudet vuonna 2013. Huom. kaivoista on suotovesikaivoja. 24
Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä PL 100, 00066 HSY Puh. 09 156 11, Fax 09 1561 2011, www.hsy.fi Samkommunen Helsingforsregionens miljötjänster PB 100, 00066 HRM Tfn. 09 156 11, Fax 09 1561 2011, www.hsy.fi Helsinki Region Environmental Services Authority P.O. Box 100, FI-00066 HSY Tel. +358 9 15611, Fax +358 9 1561 2011, www.hsy.fi