Metaanimittaukset Ämmässuon vanhalla kaatopaikalla 2015 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 Santeri Rinta-Kanto Mittausinsinööri santeri.rinta-kanto@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 10 3.1 Pitoisuudet vanhalla kaatopaikalla... 10 3.2 Pitoisuudet kaasunkeräyskaivojen ympäristössä... 11 4 Johtopäätökset 13 5 Liitteet 14 3
1 Johdanto HSY:n seutu- ja ympäristötieto suoritti elokuun (17.-21.8.2015) aikana metaanimittauksia Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksen vanhalla kaatopaikka-alueella. Mittaukset tehtiin HSY jätehuollon tilauksesta ja ne kestivät viisi päivää. 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. Vuoden 2015 mittauksissa käytettiin vuosien 2013 ja 2014 tapaan apuvälineenä mönkijää, jolla kaatopaikkaalue kierrettiin niiltä osin kun oli mahdollista. Mönkijän takaosaan oli asennettu neljä mittauspäätä, joilla metaania mitattiin. Mittauspisteitä kertyi noin 200 kappaletta. Pintarakenteen lisäksi erityisiä mittauskohteita olivat kaasunkeräyskaivot ja niiden ympärystöt. 1.1 Tilanne alueella ennen mittauksia Kesäkuun 2015 alkuun mennessä 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. 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 2015 metaanimittaukset suoritettiin vuosien 2013 ja 2014 tapaan Sewerin DP-IR mittalaitteella, johon oli liitetty ajoneuvosarja. Laitteisto asennettiin Ämmäsuon alueella käytössä olevaan jätehuoltoyksikön mökijään. Ajoneuvoasennussarjaan kuuluu nelipäinen mittausteline sekä ulkoinen pumppu tehostamaan näytevirtausta. 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 FID-menetelmällä, 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 sekunnin 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 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. Kaasunkeräyskaivojen pitoisuudet mitattiin yksipäisellä mittaussondilla ja tallennettiin GNSS-järjestelmään. Alue pyrittiin ajamaan siten, että ajettujen reittien välimatka ei olisi enempää kuin 20 metriä. Vanhan kaatopaikan lakiosassa mittauksia hankaloitti vaikeakulkuinen maasto ja runsas kasvusto. 7
Kuva 5. Esimerkki mittausperiaatteesta. GNSS-laite piirtää ajetun reitin sekä mitatut ja tallennetut mittauspisteet kartalle. Mittauspisteen väri riippui mitatun pitoisuuden suuruudesta. 8
Kuva 6. Kesän 2015 metaanimittausten reitti kokonaisuudessaan ilman mittauspisteitä Kuvassa 6. on esitelty kesän 2015 metaanimittausreitti kokonaisuudessaan. Ajetulle reitille kertyi pituutta yhteensä noin 53 kilometriä. Vuonna 2014 ajettu reitti oli noin 25 km. Vuonna 2015 kilometrien perusteella vanha kaatopaikka mitattiin tarkemmin kuin vuonna 2014. 9
3 Tulosten tarkastelu 3.1 Pitoisuudet vanhalla kaatopaikalla Taulukossa 1 on esitetty vuosina 2015, 2014 ja 2013 mitattujen metaanipitoisuuksien jakautuminen eri luokkiin. Taulukossa 2 on vertailtu vuosien 2003-2012 mittaustuloksia. Taulukoissa 1 ja 2 on esitetty ainoastaan kentältä mitatut pisteet, kaivojen kohdilta mitatut tulokset on esitetty erikseen taulukoissa 3 ja 4. Vuoden 2013, 2014 ja 2015 mittaukset ovat keskenään vertailukelpoisia. Aikaisempien vuosien mittaukset sen sijaan eivät ole vertailtavissa suoraan, koska alle 10ppm:n pitoisuuksia ei mitattu lainkaan vuosina 2013-2015. Aikaisemmin mittaus tapahtui suoraan kaatopaikan pinnasta, jolloin taustapitoisuus, joko mitattiin mukaan mittaustulokseen tai sitten se ei häirinnyt mittausta. Nyt mittalaitteeseen asetettiin hälytysrajaksi 10 ppm. Pienemmän hälytysrajan ylittyminen yleensä johtui taustapitoisuudesta ja varsinaista vuotokohtaa ei näissä tapauksissa löytynyt. Hälytysrajan 10 ppm:ä ylittyessä ja laitteen hälyttäessä pysähdyttiin ja mitattiin aluetta tarkemmin. Tällä mittausperiaatteella pisteitä kertyi vuonna 2015 25 kappaletta. Yli puolet ( 56 % ) mitatuista pitoisuuksista oli pitoisuusluokkaa 10-100 ppm. Mönkijällä suoritettavissa mittauksissa 0 10 ppm:n pitoisuusluokka on korvattu jatkuvalla mittauksella. Tästä mittauksesta GNSS-laite on piirtänyt karttaan reitin vihreällä, joka on esitetty liitteen kartassa 1. Taulukko 1. Mittauspisteiden lukumäärä ja prosentuaaliset osuudet pitoisuusluokittain vanhalla kaatopaikalla vuosina 2013-2015 Mittauspisteet 2015 Mittauspisteet 2014 Mittauspisteet 2013 Pitoisuusluokka (ppm) kpl % kpl % kpl % 10 100 14 56 4 50 61 92.4 100 1 000 6 24 4 50 2 3 1 000 10 000 3 12 0 0 3 4.6 10 000 100 000 2 8 0 0 0 0 100 000 140 000 0 0 0 0 0 0 140 000 1 000 000 0 0 0 0 0 0 Yhteensä 25 100 8 100 66 100 10
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 2015 mittaustulokset on esitetty liitteen kartoissa 1 ja 4. Vertailuksi on esitetty kahden aiemman vuoden (2013 ja 2014) vastaavat kartat. Kartoissa 1-3 on esitettynä vuosien 2013 2015 mittauspisteet pitoisuuksittain luokiteltuna. Karttoihin 4-6 on kuvattu kaasukaivojen pitoisuudet luokittain vuosilta 2013 2015. Liitteessä olevasta kartasta 1 nähdään, että vuonna 2015 suurimmat metaanivuodot löytyivät vanhan kaatopaikan lakialueelta. Viimeistellyltä alueelta löytyi pääosin pieniä vuotokohtia. Esipeitetyllä alueella vuotokohtia mitattiin 10 kappaletta. 3.2 Pitoisuudet kaasunkeräyskaivojen ympäristössä Taulukossa 3 on vertailtu mönkijä menetelmällä vuosina 2013-2015 mitattujen kaasukaivojen määrät pitoisuusluokittain. Taulukossa 4 on verrattu vuosien 2005 2012 tuloksia kaasukaivoista mitattuihin pitoisuuksiin ja niiden jakaumaan. Ero ennen vuotta 2013 mitattuihin tuloksiin johtuu mittausmenetelmän muutoksesta. Mitattuja kaivoja kertyi vuonna 2015 yhteensä 193 kappaletta. Suurin osa (95,3 %) mitatuista kaasukaivoista oli pitoisuudeltaan alle 100 ppm. Yli 100 ppm:n tuloksia mitattiin 9 kaivosta (4,5 %). Suurimmat pitoisuudet 4 kappaletta (10 000-92 000 ppm) mitattiin esipeitetyltä ja lakia-alueelta, jossa suurin mitattu pitoisuus oli 92 000 ppm. Nämä suuret pitoisuudet nostivat selkeästi kaasukaivojen vuoden 2015 keskiarvoa. Kaivoista mitatut alle 100ppm:n pitoisuudet pysyivät prosentuaalisesti vuoden 2014 tasolla. 11
Taulukko 3. Mitattujen kaasukaivojen lukumäärä ja prosenttiosuus pitoisuusluokittain vuosina 2013, 2014 ja 2015. 1 Kaasukaivot 2015 Kaasukaivot 2014 Kaasukaivot 2013 Pitoisuusluokka (ppm) kpl % kpl % kpl % 0 10 179 92.7 180 85.3 109 47.2 10 100 5 2.6 25 11.8 112 48.5 100 1 000 1 0.5 4 1.9 6 2.6 1 000 10 000 4 2 1 0.5 3 1.3 10 000 100 000 4 2 1 0.5 0 0 100 000 140 000 0 0 0 0 0 0 140 000 1 000 000 0 0 0 0 1 0.4 Pisteitä yhteensä 193 100 211 100 231 100 Keskiarvopitoisuus (ppm) 783 237.8 2324 Taulukko 4. Mitattujen kaasukaivojen prosentuaaliset metaanipitoisuudet pitoisuusluokittain sekä keskimääräiset pitoisuudet mittauspisteissä vanhalla kaatopaikalla vuosina 2005 2012. 2 3 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 Kaasunkeräyskaivojen läheisyydestä vuonna 2015 mitatut pitoisuudet ovat kokonaisuudessaan esitetty liitteissä 4 olevassa kartassa. Kartoissa 5-6 on esitetty vertailuksi vuosina 2013-2014 mitattujen kaivojen pitoisuudet. Viimeistellyillä alueilla mitattujen kaivojen metaanipitoisuudet olivat pääosin pieniä ja koko alueen osalta kaivojen keskimääräinen pitoisuus laski viime vuoden tasosta. Poikkeuksena yksittäinen kaivo, jossa pitoisuus oli noin 42 000 ppm. Kyseinen mittauspiste nostaa myös vuoden 2014 keskiarvopitoisuutta. 12
4 Johtopäätökset Vuoden 2015 metaanimittaukset suoritettiin vanhalla kaatopaikalla mönkijään hyödyksi käyttäen vuosien 2013 ja 2014 tapaan. Mitatulta alueelta havaittiin vuotokohtia enemmän kuin vuonna 2014. Tämä johtuu osittain siitä, että sama alue mitattiin tarkemmin kuin vuonna 2014. Vuonna 2014 mittausreitti oli noin 24 km ja vuonna 2015 se oli 53 km. Vuotokohtia löytyi vuonna 2014 8 kappaletta ja vuonna 2015 25 kappaletta. Pääosin vuotokohdista mitattiin pieniä pitoisuuksia 10-1000 ppm. Näiden mitattujen pisteiden osuus oli 20 kpl, eli 80 % kaikista mitatuista pisteistä. Suurempia vuotokohtia läydettiin vuoden 2015 mittauksissa viisi, joista kolme oli pitoisuus luokassa 1 000 10 0000 ppm ja kaksi kappaletta pitoisuus luokassa 10 000 100 000 ppm. Vuoden 2014 mittauksissa ei näissä koko luokissa löydetty yhtään vuotokohtaa. Suurin osa löydetyistä vuotokohdista etenkin korkeammman pitoisuusluokan vuodoista löytyi vanhan kaatopaikan lakialuueelta, jossa viimeistelytyöt ovat vielä kesken. Kaivoja mitattiin vanhalta kaatopaikalta vastaava määrä kuin aikaisempina vuosina. Pienempiä vuotoja 0-1 00 ppm oli vuonna 2015 mitatuista kaivoista 95,3 %. Vastaava luku vuonna 2014 97,1 %. Joten pienien vuotojen suhteen määrä oli pysynyt lähes ennallaan. Suurempia vuotoja kaivoista löytyi vuonna 2015 enemmän kuin 2014. Pitoisuusluokan 1000 10 000 ppm vuotoja löytyi neljä kuten myös 10 000 100 000 ppm vuotoja. Vastaavia vuotoja vuonna 2014 löytyi kumpaakin koko luokkaa yksi kappale. Vuoden 2015 mittausten keskiarvoa nostaa juuri nämä suurempien vuotojen hieman korkeampi määrä. Kaivoista suurin osa mitattiin vanhan kaatopaikan jo viimeistetyltä alueelta, joista myös suurin osa vuodoista löytyi. Lakialueelta ei kaikkia kaivoja päästy mittaamaan, mutta lähes kaikista kaivoista jotka päästiin mittaamaan löytyi vuotoja. Tulokset ovat viimeistellyn alueen osalta vertailukelpoisia myös aikaisempien vuosien mittauksiin jolloin mittauksissa ei vielä käytetty mönkijää apuna. Mönkijää ruvettiin käyttämään mittauksissa vuonna 2013. Tällä uudella jatkuvatoimisella mittausperiaatteella mitattu pinta-ala on samankokoinen viimeistellyllä alueella kuin aikaisempina vuosina. Viimeistelemättömän lakialueen aikaisempia mittaustuloksia voidaan suuntaaantavasti verrata vuosien 2013-2015 mittauksiin. Tämä johtuu siitä, että alueen pintaa muovataan, jolloin olosuhteet alueella muuttuvat vuosittain. Myös lakialueen osittan vaikeakulkuinen maasto tuo haasteita mönkijän käyttöön. 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. Vuotokohtien pitoisuudet viimeistellyllä alueella olivat enimmäkseen pieniä, alle 100 ppm. Suurimmat pitoisuudet mitattiin lakialueelta. Kaivoista suurin osa mitattiin vanhan kaatopaikan jo viimeistetyltä alueelta, joista myös suurin osa vuodoista löytyi. Metaanipäästöt viimeistellyllä alueella ovat pääosin pieniä. Suurimpia metaanipäästöjen lähteitä Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksen kaatopaikka-alueilla ovat lakialueen vuotokohdat, yksittäiset vuotavat pisteet ja kaivot sekä uusi täyttö-alue. 13
5 Liitteet Kartta 1. Vuonna 2015 mitatut metaanipitoisuudet pisteittäin ja mittauksissa kuljettu reitti. Kuljetulla reitillä ei ole havaittu vuotoja kuin mittauspisteissä. Kartassa ei ole mukana kaivojen kohdilla mitattuja pitoisuuksia 14
Kartta 2. Vuonna 2014 mitatut metaanipitoisuudet pisteittäin ja mittauksissa kuljettu reitti. Kartassa ei ole mukana kaivojen kohdilla mitattuja pitoisuuksia 15
Kartta 3. Vuonna 2013 mitatut metaanipitoisuudet pisteittäin ja mittauksissa kuljettu reitti. Kartassa ei ole mukana kaivojen kohdilla mitattuja pitoisuuksia. 16
Kartta 4. Kaasunkeräyskaivojen kohdalla mitatut pitoisuudet vuonna 2015. Huom. osa kaivoista on suotovesikaivoja 17
Kartta 5. Kaasunkeräyskaivojen kohdalla mitatut pitoisuudet vuonna 2014. Huom. osa kaivoista on suotovesikaivoja 18
Kartta 6. Kaasunkeräyskaivojen kohdalla mitatut pitoisuudet vuonna 2013. Huom. kaivoista on suotovesikaivoja 19
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