Electrokinetic remediation of lead contamined soil

Aki Janne Petteri Immonen

LYIJYLLÄ SAASTUNEEN MAAN PUHDISTUS SÄHKÖVIRRAN KULJETUSKYKYYN PERUSTUVALLA MENETELMÄLLÄ

Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten

Espoossa 21. päivänä maaliskuuta

Työn tekijä:

Janne Immonen

Työn valvoja:

Kari Heiskanen Professori

Työn ohjaaja:

Kai Lamimaa Filosofian maisteri Teknil keakoulu

Materie iotekniikan osastoi

PL 620 iehentie 2) 02015

Tekijä:

Työn nimi:

Janne Immonen

Lyijyllä saastuneen maan puhdistus sähkövirran kuljetuskykyyn perustuvalla menetelmällä

Päivämäärä: 21.03.2000

Sivumäärä: 85

Osasto: Materiaali-ja kalliotekniikan osasto

Professuuri:

kierrätystekniikka

Mak-46 Mekaaninen prosessi-ja Työn valvoja:

Työn ohjaaja:

Professori Kari Heiskanen FM Kai Lamimaa

Avainsanat: sähköosmoosi, sähköforeesi, sähkömigraatio, katodi, anodi

Tutkimuksen tavoitteena oli tutkia sähkövirran kuljetuskykyyn perustuvan maanpuhdistusmenetelmän toimivuutta laboratoriokokeiden avulla, sekä menetelmän soveltuvuutta vanhan akkutehtaan maiden kunnostukseen. Tavoitteena oli löytää edullinen ja laadukas maanpuhdistusmenetelmä.

Tutkimus koostui laboratoriokokeista sekä kirjallisuusselvityksestä.

Laboratoriokokeita varten rakennettiin viisi maanpuhdistuskennoa, joiden avulla menetelmää testattiin käytännössä hiekalle ja savelle. Kennojen avulla tutkittiin menetelmän sähkön ja vedenkulutusta. Menetelmän toimivuutta arvioitiin analysoimalla kennojen eri osista otettuja maanäytteitä sekä sähkökemiallisten reaktioiden tuotteina kennosta poistunutta prosessivettä. Menetelmä toimi tehtyjen kokeiden perusteella hyvin hiekalle, savi olisi vaatinut pidemmän käsittelyajan.

Kirjallisuusselvityksessä on tarkasteltu työn kohteena olevan kiinteistön tilaa ennen puhdistusta sekä sähkövirran avulla tapahtuvan maanpuhdistuksen teoriaa reaktioyhtälöineen. Kirjallisuusselvityksessä on vertailtu menetelmää myös kilpailijoihinsa, lähinnä betonointiin. Lisäksi työssä on arvioitu menetelmän kustannuksia sekä mahdollisuutta toteuttaa työni kohteena olevan kiinteistön maiden puhdistamista käyttämällä tutkimaani menetelmää.

Author:

Title of thesis:

Janne Immonen

Electrokinetic remediation of lead contamined soil

Date: 21.03.2000

Number of pages: 85

Department: Department of Materials Science and Rock Engineering

Chair: Mak-46 Mechanical process technology and recycling

Supervisor:

Instructor:

Professor Kari Heiskanen M.Sc (Tech.) Kai Larnimaa

Keywords: electro-osmosis, electrophoresis, electromigration, cathode, anode

The goal of this study was to investigate the usefulness of electrokinetic soil remediation technology with laboratory tests. The idea behind tests was to investigate methods applicability to remediate lead contamined soil at an old battery factory, to aiming an economical and high quality soil remediation technology.

The study consisted of literature survey and laboratory tests.

+In laboratory tests the technology was tested with five process cells. Two cells were filled with sand and three others with clay. The electric and water consumption was measured and soil and processing water samples were analyzed in laboratory. The results of this test were very promising for sandy soil, the test period was too short for clay soil.

The literature survey consisted at analyzing the site, theory of electrokinetic soil remediation technology and its formulas. This method is also compared with its competing technologies, mainly stabilizing concrete.

There is also cost estimate of electrokinetic soil remediation technology and evaluation on its applicability in remediation of the battery factory’s site.

Alkusanat

Tämä työ on toteutettu Fortum Oyj:n taloudellisella tuella yhteistyössä Oy Osmos Technology Ltd:n kanssa. Käytännön koejärjestelyt on suoritettu TKK:n Materiaali- ja kalliotekniikan osaston tiloissa 15.04 - 06.07 1999, mittaukset on tehty Osmos Technology Oy:n sekä TKK:n laitteilla, laboratoriotutkimukset on tehty Fortum Oyj:n analyyttisen tutkimuksen laboratoriossa Porvoossa.

Haluan kiittää työkaverejani Fortum Support Oy:ssä mukavasta työympäristöstä.

Erityisesti haluan kiittää Eero Mäkistä häneltä saamastani avusta diplomityötä tehdessäni.

Suuren kiitoksen kokeiden onnistumisesta ansaitsee myös Osmos Technology Oy:n sekä Teknillisen korkeakoulun Mekaanisen prosessi- ja kierrätystekniikan osaston henkilökunta.

Kiitän työni ohjaajaa FM Kai Lamimaata sekä työni valvojaa professori Kari Heiskasta työni aikana saamistani arvokkaista neuvoista, jotka auttoivat työni tekemisessä.

Erityisesti haluan kiittää FM Martti Suomista työni aiheen löytämisestä. Haluan kiittää häntä myös hyvistä käytännön neuvoista sekä kiinnostuksesta työtäni kohtaan.

Lopuksi osoitan kiitokset perheelleni opiskeluvuosien! aikana saamastani tuesta ja kannustuksesta.

Espoossa 21.03.2000

Janne Immonen

Sisällysluettelo

Alkusanat...4

Sisällysluettelo... 5

1. Johdanto...8

2. Saastuneet maa-alueet Suomessa... 9

3. Kohde... 10

3.1 Sijainti ja historia...10

3. 1. 2 Tehdyt tutkimukset...H 3. 1. 3 Alueen hydrogeologia...12

3.2 Näytteiden analyysitulokset... 13

3. 2. 1 Lyijypitoisuudet maaperässä...13

3. 2. 2 Lyijypitoisuudet vedessä... 14

3.3 Kohteen kunnostustarve... 16

4. Maaperän puhdistaminen sähköisillä menetelmillä... 17

4. 1 Sähkövirran avulla tapahtuvan maaperän puhdistuksen historia... 18

4.2 Teoria... 19

4.2.1 Sähköosmoosi...19

4. 2. 1. 1 Maaperän permeabiliteettiarvoja Ke, eri maalajeille... 20

4. 2. 2. Sähkömigraatio...20

4. 2. 3 Sähköforeesi... 21

4. 2. 4. Diffuusio... 22

4. 2. 5 Elektrolyysi -reaktiot... 22

4. 2. 6 Elektrodien välille tarvittavan jännitteen määrittäminen...23

4. 2. 7 Käytettyjen kemikaalien tarkoitus...24

4. 2. 8 Ionien nopeuden määrittäminen...25

4. 2. 9 Katodille kertyvän massan määrittäminen... 25

5. Kokeessa käytetty laitteisto...26

5. 2 Koetta varten rakennettu laitteisto... 27

6. kokeisiin otetut maanäytteet...28

6. 1. 1 Kennon 1 A savi... 28

6. 1. 1 Kennon 1 В savi... 28

6. 2. 1 Kennon 2 A hiekka... 28

6. 2. 1 Kennon 2 В hiekka... 28

6. 3 Kennon 3 savi...28

7. Kokeen kulku...29

7. 1 Näytteenotto...30

7. 2 Seula-analyysit... 30

8. Tulokset... 31

8. 1. 1 Kenno IA...31

8. 1. 2 Kenno IB...35

8. 2 Kenno 2... 37

8. 2. 1 Kenno 2A... 38

8.2.2 Kenno 2B... 41

8. 3 Pb -pitoisuuden muutokset kennolla 2... 44

8. 4 Kenno 3... 46

8. 5 Prosessivesi... 49

9. Ongelmia... 50

9. 1 Elektrodien korroosio...50

9. 2 kennojen vuotaminen... 52

9. 3 Näytteenotto...53

9.4 Vedenjohtavuus savessa... 53

10. Parannuksia... 55

10.1 Elektrodien korroosio... 55

10.2 Seulonta... 56

10. 3 Kemikaalien sekoitus...56

11. Ehdotukset käytännön projektin toteuttamiseksi...57

11.1 Kennoston rakenne... 57

11.2 Tarvittavat välineet... 58

11.2.1 Kaukalo... 58

11.2.2 Tasavirtalähde... 59

11.2.3 Anodi... 59

11.2.4 Katodi... 59

11. 2. 5 Kastelu sekä veden kierrätysjärjestelmä... 60

11. 2. 6 Prosessin valvontaan tarvittava välineistö...60

11.2. 7 Kemikaalit...60

11.3 Massan esikäsittely... 61

11.4 Kustannusarvio...61

12. Vertailua muihin käsittelymenetelmiin... 68

12.1 kiinteytys - ekobetonointi... 68

12.1. 2 Ekobetonointiprosessin vaatimat tutkimukset... 69

12. 1.2. 1 Esitutkimukset...69

12. 1. 2. 2 Kiinteytetyn massan tutkimukset... 70

12.1. 2. 2. 1 Pakkasenkestävyys... 70

12. 1. 2. 2. 2 Puristuslujuus...70

12. 1. 2. 2. 3 Liukoisuus... 70

12. 1.3 Ekobetonoinnin kustannukset...72

12. 2 Pesu...73

12. 3 Poltto... 73

13 Johtopäätökset... 74 14. Lähdeluettelo... 76 Liiteluettelo... 78

1. Johdanto

Tämän työn tarkoituksena on tutkia lyijyllä saastuneen maan puhdistusta sähkövirran kuljetuskykyyn perustuvalla menetelmällä.

Työni perustuu Fortum Oyj:n omistaman entisen Pakkasakku Oy:n kiinteistön saneerauksen yhteydessä tehtävään maaperän puhdistukseen. Tontilla ja tontilta johtavan avo-ojan sedimentissä arvioitiin olleen lyijyn saastuttamaa maata yhteensä

noin 2200m3.

Selvitän työssäni kiinteistön geologisia olosuhteita, sähköosmoosin soveltuvuutta tämän kiinteistön maiden kunnostamiseen, sekä em. menetelmän käytännön toteutusta. Tämän lisäksi suoritan taloudellista vertailua kilpailevan maan käsittelymenetelmän, betonoinnin osalta.

Työni kokeellinen osa on tehty Teknillisen Korkeakoulun Mekaanisen prosessi- ja kierrätystekniikan laboratoriossa yhteistyössä Osmos Technology Oy:n kanssa.

Kokeellisessa osassa tutkittiin sähkövirran kuljetuskykyyn perustuvan maanpuhdistuksen tehokkuutta viidellä eri puhdistuskennolla. Maaperänäytteiden lyijypitoisuuden analysointi on tehty Fortum Oyj:n analyyttisen tutkimuksen laboratoriossa Porvoossa. Diplomityöni aiheen laajuuden vuoksi laboratoriokokeiden perusteella syntyneet menetelmän kehitysideat jäivät vaille käytännön kokeita.

Työn kirjallisessa osassa on tarkasteltu saneerattavaa kohdetta, tutkimani menetelmän historiaa sekä sen eri osaprosesseja reaktioyhtälöineen. Käsittelen myös kokeen aikana ilmenneitä ongelmia sekä ongelmien ratkaisua.

Tekemieni kokeiden perusteella olen pohtinut myös käytännön projektin toteutusmahdollisuuksia hiekkamaan osalta. Tämän lisäksi olen arvioinut maaperän puhdistuksen kustannuksia käytettäessä tutkimaani menetelmää.

2. Saastuneet maa-alueet Suomessa

Valtioneuvosto totesi 1987 eduskunnalle antamassaan ympäristönsuojelua koskevassa selonteossaan, että saastuneet maa-alueet selvitetään ja kunnostetaan. Kunnostustarpeen toteamisen jälkeen kiireelliset tapaukset hoidetaan viipymättä.

Ympäristöministeriön asettama saastuneiden maa-alueiden selvitys- ja kunnostusprojekti (SAMASE 1989-1994) selvitti saastuneiden maa-alueiden aiheuttamaa vaaraa ja kunnostustarvetta sekä saastuneiden maamassojen käsittelyä ympäristölle ja terveydelle kohdistuvan vaaran ja haitan torjumiseksi. SAMASE - rekisteriin kirjattiin tietoja yli 10 000:sta mahdollisesti saastuneesta maa-alueesta.

Tutkimuksen mukaan niistä on kunnostettava 1200 pahiten saastunutta: 825 teollisuusaluetta, 340 kaatopaikkaa ja 35 kaivosaluetta. Tämän lisäksi on tarpeen kunnostaa lukuisia pieniä alueita jotka ovat saastuneet polttoaineen jakelu-, huoltoasema- ja korjaamotoiminnassa.

Saastuneita maa-alueita kartoitetaan, selvitetään ja kunnostetaan jatkuvasti yhteistyössä öljyalan, tutkimuslaitosten, alueellisten ympäristökeskusten ja kuntien kanssa.

Ensisijainen vastuu saastuneesta alueesta kuuluu likaajalle ja toissijaisesti kiinteistön haltijalle. Jätelaki velvoittaa saastuneen maan myyjän tai luovuttajan esittämään alueen uudelle haltijalle käytettävissä olevat tiedot alueella harjoitetusta toiminnasta ja tiedot alueen mahdollisesta saastumisesta.

SAMASE -projektin arvion mukaan maaperän puhdistamiseen käytettävä rahamäärä nousee Suomessa noin 5,4 miljardiin markkaan seuraavan kahdenkymmenen vuoden kuluessa. Vuotuinen rahoitustarve on noin 270 miljoonaa markkaa, josta isännättömien kiinteistöjen osuus on noin 110 miljoonaa markkaa, joka jää yhteiskunnan maksettavaksi. (Puolanne J. 1994)

3. Kohde

Kuva 1. Entinen Pakkasakku Oy:n kiinteistö Vantaan Tammistossa.

3.1 Sijainti ja historia

Kunnostettava kohde sijaitsee Vantaan Tammistossa, Tuusulantien välittömässä läheisyydessä.

Kiinteistöllä sijaitsevan akkutehtaan toiminta alkoi vuonna 1964, jolloin Oy Accumulator Ab rakensi tontille pienehkön akkutehtaan. Vuonna 1965 yrityksen nimi muuttui Pakkasakku Oy:ksi. Teollisuusakkujen tuotanto kiinteistöllä alkoi vuonna 1970 ja yritys siirtyi Neste Oy:n omistukseen vuonna 1981. Pakkasakku Oy:n kiinteistön

sijainti on esitetty yleiskartassa 10870 (liite C).

Ensimmäistä tehdasrakennusta on laajennettu useita kertoja. Viimeisin laajennus on vuodelta 1974. Toinen tehdasrakennus rakennettiin vuonna 1983. Tuotantotilaa kiinteistöllä on yhteensä 10850 m2 / 60900 m3. Tehdasrakennusten lisäksi kiinteistöllä sijaitsee 1970 -luvulla rakennettuja varastorakennuksia sekä asuinrakennuksia.

Kiinteistöllä on varastoitu ulkona romuakkuja sekä lyijyä. Tehdasrakennuksen sisällä on betoniallas, jossa on varastoitu kerosiiniä.

Tuotantolaitoksen lupaehdoissa vaadituissa jatkuvissa päästöjen ja lähtevän veden seurannoissa ei Vantaan kaupungin ympäristökeskuksen mukaan ole esiintynyt hälyttäviä Ph -pitoisuuksia.

3.1. 2 Tehdyt tutkimukset

Kiinteistön ympäristötutkimukset on teetetty Insinööritoimisto Paavo Ristola Oy:llä vuosina 1995 - 1997. Käytän kappaleessa 2 heidän Neste Oy:lle tekemän ympäristöselvityksen (raportti 10870) tutkimustietoja.

Pakkasakku Oy:n kiinteistöltä, kiinteistön luoteispuolella olevalta tontilta sekä kiinteistöltä johdettavien kuivatus- ja sadevesien purkuojasta ja sen pientareilta otettiin kaivinkoneella, lapiolla tai kairaamalla maanäytteet aina Keravanjokeen saakka. Lisäksi otettiin vesinäytteitä kiinteistön porakaivosta, kiinteistön koillispuolen naapuritontin kuilukaivosta, kuivatus- ja sadevesien salaojakaivosta, havaintopaikalta PII sekä purkuojasta. Näytteitä on otettu yhteensä 62 kpl, joista maanäytteitä on 57 ja vesinäytteitä 5 kpl. Näytteet on otettu touko-, heinä-, ja marraskuussa 1996 sekä huhtikuussa 1997.

3.1.3 Alueen hydrogeologia

Kohteen luonnontilainen maalaji on savea. Rakentamattomilla ja asfaltoimattomilla alueilla on savikerroksen päällä 0,2 - 0,5 metrin paksuinen humuskerros. Asfaltin ja rakennusten alla on 0,5 - 0,9 metrin paksuinen täyttöhiekkakerros. Pisteessä PII hiekkakerros ulottuu 2,7 metrin syvyydelle maanpinnasta.

Alueen länsipuolella avokalliot kohoavat +30m merenpinnasta. Kallion pinta on tontin länsireunalla tasolla +15,5 m mpy pinta laskee tontilla siten, että itäreunalla sitä ei enää tavoitettu +12,6 m tasoon ulottuvissa kairauksissa.

Alueella pohjaveden muodostuminen on vähäistä asfaltin ja tiiviiden savimaiden takia.

Maaperään imeytynyt vesi kulkeutuu kallion ja savikerroksen pintaa pitkin. Tontin maaperään imeytyneet vedet poistetaan salaojien avulla, jotka purkavat vetensä Keravanjokeen laskevaan avo-ojaan. Mahdollisen pohjaveden virtaus suuntautuu itään kohti Keravanjokea (liite C).

3. 2 Näytteiden analyysitulokset

3. 2.1 Lyijypitoisuudet maaperässä

Tehtaan alueella lyijyä havaittiin yli SAMASE - raja-arvon havaintopaikoilla P6 sekä PIO - P10D. Tehdastontin ulkopuolella salaojavesien laskuojan vieressä oli ojan ruoppausmassoissa erittäin korkeita lyijypitoisuuksia havaintopaikalta P12 ojan alajuoksulle havaintopaikalle P32B.

Sekä ojan pientareella, että pohjasedimentissä ylittyivät SAMASE -raja-arvot osin jopa tuhatkertaisesti. Tuusulantien itäpuolen havaintopaikoilla lyijyn määrä pohjasedimentissä oli korkeimmillaan vain lievästi yli raja-arvon

Taulukko 1. Haitallisten aineiden pitoisuuksien SAMASE raja-arvoja maaperässä. Pitoisuudet yksikössä mg / kg kuiva-ainetta.

Alkuaine raja-arvo mg/kg

arseeni As 60

elohopea Hg 5

kromi Cr 500

kupari Cu 400

lyijy

molybleeni Mo 200

nikkeli Ni 300

sinkki Zn 700

tina Sn 300

3. 2. 2 Lyijypitoisuudet vedessä

Vesinäytteet otettiin tehdasalueen porakaivosta, havaintopaikan PII orsivedestä, pohjoisen puolen naapuritontin kuilukaivosta, tehtaan salaojakaivosta sekä ojahavaintopaikalta P14. Porakaivovedessä ei ollut lyijyä. Havaintopaikan PII vedessä oli lyijypitoisuus hieman koholla, mikä johtui veden sameuden sisältämästä lyijystä.

Naapuritontin vesi ei sisältänyt lyijyä, eikä muitakaan raskasmetalleja. Ojan vesi sisälsi hieman lyijyä, mutta tässäkin veden sameus haittasi analysointia.

Laboratoriotutkimukset on tehty Fortum Oyj:n analyyttisen tutkimuksen laboratoriossa Porvoossa.

Taulukko 2. Vesinäytteiden analyysitulokset.

Havaintopaikka Pvm.

Haitta-aine mg /1 Ph Tot. НС mö

Kiinteistön oma porakaivo 9.5.-9Ó <0,10 0,32 0,003

Naapuritontin kuilukaivo 13.11.-96 - - 0,004

Tehtaan salaojakaivo 13.11.-96 - - 0,028

Näytepiste PII 9.5.-9Ó 0,22 2,1 0,017

Näytepiste P14, avo-oja 23.5.-96 <0,10 2,1 0,28

Taulukko 3: Maaperänäytteiden analyysituloksia.

Havaintopaikka, näytteenottosyvyys Pvm. Pb mg / kg k.a.

P 6: 2,0 m 9.5.-95 780

P 10: 0,1 -0,7m 9.5.-9S 1100

P 10: 0,7- 1,0 m 9.5.-95 3800

P 11: 0,1 -2,0 m 9.S.-95 71

P 12: 2,0 m 9.5.-9S 1900

P 12C1: 0,0-0,5 m 13.11.-96 77000

P 12C1: 0,1 - 0,3 m 13.11.-96 290000

P 12C1: 0,15-0,3 m 13.11.-96 190000

P 12C1: 0,5-0,9 m 13.11.-96 31

P 12D1, ojan pohjalíete 13.11.-96 11000

P 12D1: 0,0-0,6 m 13.11.-96 26000

P 12D1:0,6-1,0 m 13.11.-96 20

P 12E: 0,0-0,5 m 13.11.-96 28000

P 12E: 0,5 - 0,9m 13.11.-96 16

P 12D 13.11.-96 480000

P 32: 0,0 - 0,4 m 8.4.-97 1100

P 32B: 0,0 - 0,2 m S.4.-97 1000

3. 3 Kohteen kunnostustarve

Pakkasakku Oy:n tontin maaperä on lyijyn varastointialueen (P6) ja romuakkujen varaston (P10) kohdalta lyijyn likaama. Likaantunutta maata havaittiin olevan myös ojan pohjasedimenteissä sekä pientareilla.

Pisteestä P6 havaittiin 2.0 metrin syvyydellä lyijyä 780 mg / kg. Muualta pisteen P6 ympäristössä ei havaittu merkittävästi luonnontilasta kohonneita lyijypitoisuuksia, joten vaihdettavan maamassan määrä on tässä pisteessä noin 5 m3.

Pisteen 10 ympäriltä havaittiin lisätutkimuksissa lyijyä maaperästä joka puolelta alkuperäistä tutkimuspistettä. Alueen maa-aines on lyijyllä likaantunutta noin 1 m syvyydelle maan pinnasta ja likaantuneen alueen pinta-ala on noin 1000m2, joten vaihdettavan maamassan määrä on noin 1000m3. Tämä maa-aines on pääosin hiekkaa.

Ojasta aikaisemmin läjitetyt massat ovat likaantuneita pisteiden 12 ja 12C kohdalta, yhteismäärältään noin 90 m3. Tämän lisäksi ojan pohjalta kuorittavan maamassan, noin 20 cm syvyydeltä, määrä on noin 10 m3.

13.11.1996 ja 7. -8.4.1997 tehtyjen lisätutkimusten mukaan lyijyä esiintyi ojan pohjasedimentissä, sekä ojan pientareella olevissa ruoppausmassoissa paikoin erittäin suuria pitoisuuksia havaintopaikalta P12 aina havaintopaikalle P32.

Ojan pohjasedimentissä lyijyä esiintyy noin 0,2 metrin paksuisessa kerroksessa sekä ojan ruoppausmassoissa, että niiden alapuolisessa maassa noin 0,5 - 0,7 metrin syvyydellä. Tehtyjen tutkimusten perusteella voidaan arvioida, että ojan alueella on SAMASE - raja-arvon ylittävää, vaihdettavaksi tulevaa, maa-ainesta noin lOOOm3.

Tämä maa-aines on pääosin savea.

Koko tontin alueella, mukaan luettuna ojan ympäristö, on vaihdettavia maita yhteensä noin 2100 m3. Maaperän kunnostuksen tavoitetasona lyijyn suhteen on käytetty SAMASE -raja-arvoa 300 mg / kg.

4. Maaperän puhdistaminen sähköisillä menetelmillä

Maaperän puhdistamista sähkövirran avulla on tutkittu ja kehitelty niin insinöörien, biokemistien, sähkökemistien kuin maaperäkemistienkin toimesta. Menetelmälle onkin useita englanninkielisiä nimityksiä: electroremediation, electroreclamation, electrorestoration sekä electrokinetic remediation and restoration. Kutsun tätä menetelmää työssäni sähkövirran avulla tapahtuvaksi maaperän puhdistamiseksi.

Sähkövirran avulla tapahtuva maaperän puhdistus on uudenlainen maaperän sähkönjohtavuuteen ja sähkövirran kuljetuskykyyn perustuva menetelmä. Menetelmää on maassamme aikaisemmin rajoitetusti sovellettu in-situ olosuhteissa tapahtuvalle öljyllä saastuneen maaperän puhdistamiselle huoltoasemakiinteistöillä.

Menetelmän avulla on myös kuivattu vanhoja rakennuksia esimerkiksi Kronshtadtin kadettikoulu Pietarissa (Lipatov 1995) sekä stabiloitu maaperää.

4.1 Sähkövirran avulla tapahtuvan maaperän puhdistuksen historia

Maaperän sähkönjohtavuutta on käytetty hyväksi eri tarkoituksissa jo vuosikymmeniä.

Jo 1930 -luvulla tutkijat erottivat maasta natriumia sähkökentän avulla. Samaan aikaan Leo Casagrande keksi soveltaa sähkökenttää maaperän kuivattamiseen ja stabilointiin (Cabera-Guzman 1990).

Elektrolyysiä on käytetty 1950 -luvulta saakka juomaveden puhdistukseen, sekä natriumin erottelemiseen merivedestä.

Maaperän puhdistukseen menetelmää alettiin soveltaa Alankomaissa 1987, jolloin Reinout Lageman suoritti ensimmäisen kenttäkokeensa (Lageman 1993).

Ensimmäinen patentti menetelmälle haettiin 24.12.1991 Yhdysvalloissa Ronald F.

Probsteinin toimesta (patenttinumero 5074986).

Vuoteen 1998 mennessä oli sähkövirran avulla tapahtuvan maanpuhdistuksen alalta myönnetty Yhdysvalloissa kaikkiaan 18 erillistä patenttia. Patenttinumerot liitteessä A.

Sähkövirran avulla tapahtuvassa maaperän puhdistuksessa on neljä erillistä prosessia:

• Sähköosmoosi

• Sähkömigraatio

• Sähköforeesi

• Diffuusio

4.2 Teoria

Perusperiaate on yksinkertainen: maa-aineksen sisältämät epäpuhtaudet saatetaan kemikaaleilla liukoiseen muotoon ja varautuneet hiukkaset siirretään maa-aineksesta tasavirran avulla katodin ympäristöön. Katodilla lyijy-yhdiste muodostaa vaikealiukoisen Pb(OH)2 -saostuman, joka sitoutuu katodin läheisyyteen. Menetelmä soveltuu hyvin työn kohteena olevalle kiinteistölle, koska raskasmetallien saastuttama maaperä omaa korkean sähkönjohtokyvyn (Greenhouse J. ja Gudjurgis P. Orlando

1995).

4. 2.1 Sähköosmoosi

Sähköosmoosi on maaperän huokostilassa olevan kosteuden liikkumista sähkökentän vaikutuksesta anodilta katodille.

Nestevirran nopeus Ueo [m2 / (Vs)] saadaan kaavalla: (Probstein ja Hicks 1993)

Ueo =

eÇE/n

Missä

E = sähkökentän voimakkuus e = liuoksen permittivisyys

T) = nesteen viskositeetti

Ç = ionien / kolloidien zeta-potentiaali

Sähköosmoosin permeabiliteettivakio maaperässä Ke [cm2 / Vs] (Akram ja Acar 1993)

Ke = e Ç n / r) (2)

missä

e = liuoksen permittivisyys

Ç = ionien / kolloidien zeta-potentiaali n = huokoisuus

r\ = viskositeetti

4. 2.1.1 Maaperän permeabiliteettiarvoja Ke, eri maalajeille

Na -bentoniitti 2,0 - 12,0 x 10-5 cm2 / Vs

Erilaiset savet 5,1 x 10"5 - 5,8 x 10 "8 cm2 / Vs

Siltti 5,0 x IO-5 cm2/Vs

( Schaad 1958 )

4.2.2. Sähkömigraatio

Sähkömigraatio on sähkövirran aiheuttamaa ionien liikettä elektrodien välillä.

Sähkömigraatio on vallitsevana prosessina savea karkeammille maalajeille.

Koska metallit esiintyvät maaperässä enimmäkseen varautuneina ioneina, on sähkömigraation havaittu olevan noin kolme kertaa sähköosmoosia nopeampaa.

Sähkömigraatiossa ionien nopeus Uem [m2 / (Vs)] on verrannollinen sähkökentän voimakkuuteen (E) (Probstein ja Hicks 1993).

Uem = vzFE (3)

Missä

z = ionien varausluku v = ionin liikkuvuus F = Faradayn vakio

E = sähkökentän voimakkuus 4. 2. 3 Sähköforeesi

Sähköforeesi on pinta-aktiivisten partikkeleiden sekä kolloidien liikettä elektrodien välillä sähkökentän vaikutuksesta. Sähköforeesin merkitys tulee maaperän sähkökineettisessä puhdistusprosessissa merkittäväksi, kun liuokseen muodostuu pinta- aktiivisia partikkeleita.

Pinta-aktiivisten partikkeleiden nopeus Ueph [m2 / (Vs)] sähköforeesissa saadaan kaavalla 4 (Frolov 1989).

Ueph = Uo/E = ££oÇ/T| (4) Jossa:

Uo = dispersionopeus

E = sähkökentän voimakkuus

e = liuoksen permittivisyys so = tyhjön permittivisyys

Ç = ionien / kolloidien zeta-potentiaali T| = nesteen viskositeetti

Käytettäessä ylläolevaa kaavaa, voidaan zeta-potentiaalin arvoksi laskea 20 °C vedessä:

Ç = 1,42 • KT6 Ueph

4. 2. 4. Diffuusio

Diffuusio pyrkii tasoittamaan konsentraatioeroja. Diffuusion nopeus saadaan kaavalla 5 (Probstein ja Hicks 1993):

Udiff = (D/c)Vc (5)

D = diffuusiokerroin

c = molaarinen konsentraatio

Missä diffuusiokerroin D riippuu liikkuvuudesta v, Nemst-Einsteinin suhteella D = vRT, missä

V = ionien liikkuvuus R = kaasuvakio T = lämpötila

Diffuusion haittavaikutus maaperän puhdistusprosessissa nousee merkittäväksi silloin, kun metallikonsentraatio maaperän huokosissa alenee ja konsentraatioerot kasvavat huomattaviksi. Katodille konsentroinut metalli pyrkii diffundoitumaan ympäristöönsä, tämä vaikeuttaa maaperän puhdistumista

4. 2. 5 Elektrolyysi -reaktiot (AcarjaAkram 1993)

Anodi (+)

2 H2O - 4 e" —> O2Î + 4 H+ ( 6 )

Eo = -1,229 V Katodi (-)

2 НгО + 2 е+ —> НгТ + 2 ОН" ( 7 )

Ео° = -0,828 V

Elektrolyysireaktioissa hajonneen veden määrä voidaan laskea:

2 H²O -ч> O²Î +2H2Î (8)

M = kl t Jossa

M = Ог:п massa (g)

k = vakio (g / Ah), vedelle k = 0,298 g / Ah I = virta (A)

T = aika (h)

Sekundaarireaktiot, jotka ovat riippuvaisia konsentraatioista

H+ + e" -> (1/2) H2Î (9)

Men+ + ne+ —> Me (10)

Me(OH)n (s) + ne" —> Me + n OH" (H) Jossa Me kuvaa metalli-ioneja.

4. 2. 6 Elektrodien välille tarvittavan jännitteen määrittäminen

Elektrodi levyjen välille tarvittava jännite saadaan kaavalla:

U = Emin • b (12)

Jossa

b = elektrodilevyjen välimatka metreinä E = sähkökentän voimakkuus

4. 2.7 Käytettyjen kemikaalien tarkoitus

Katodille lisättiin lipeää:

NaOH -> Na+ + OH" ( 13 )

sekä anodille lyijyä liuottavaa etikkahappoa

H2O + СНзСООН -» НзО+ + СНзСОО" ( 14 )

Lyijyn liukeneminen etikkahappoon:

PbS04 + СНзСООН -> РЬ(СНзСОО)2 + H2SO4 ( 15 )

Katodireaktio:

РЬ(СНзСОО)2 + NaOH -» Pb(OH)2 j + 2 Na(CH3COO) ( 16 )

+ I

Kuva 2. Ionien liike sähkövirran vaikutuksesta. Pb2+ -kationit saostuvat katodin ympäristöön РЬ(ОН)г:па.

4. 2. 8 Ionien nopeuden määrittäminen

Ionien / kolloidien nopeus sähkövirtaan perustuvassa maanpuhdistusprosessissa, voidaan laskea kaavan 17 avulla (P+P Geotechnik GMBH, 1995):

v =ÇeU/T| (17)

v = ionien / kolloidien nopeus

Ç = ionien / kolloidien zeta-potentiaali e = veden dielektrisyysvakio

U = elektrodien välinen potentiaaliero r| = veden viskositeetti

4. 2. 9 Katodille kertyvän massan määrittäminen

Elektrodialyyttisessä prosessissa katodille kertyvän aineen massa voidaan määrittää kaavan 18 avulla (P+P Geotechnik GMBH, 1995):

m = M E / z F ( 18 )

m = erottuva massa (mg/s) M = molekyylipaino E = virran voimakkuus z = ionien varausluku

F = Faradayn vakio (96,485 C/mol)

5. Kokeessa käytetty laitteisto

Laitteisto toimii tasavirralla. Kennoissa on kaksi anodia (+), yksi kummassakin päädyssä ja keskellä katodi (-).

Elektrodien välinen jännite pidettiin kokeen ajan vakiona, noin 70 voltissa. Virran voimakkuus vaihteli kosteudesta riippuvan vastuksen mukaan.

Kuva 3. Kennon 1 ja 2 periaatekuva. Anodit sijaitsevat reunoilla ja kotodi keskellä.

Neste lisättiin anodeille ja se poistui katodilta poistoletkua pitkin hydraulisen potentiaalieron vaikutuksesta.

5.2 Koetta varten rakennettu laitteisto

Kuva 4. Muuntaja sekä kenno 1.

Testasimme menetelmän soveltuvuutta lyijyllä saastuneelle maa-ainekselle. Teimme kaikkiaan viisi erillistä koejärjestelyä. Koetta varten rakensimme kaksi 1 x 1 x 1 m kokoista puulaatikkoa, joissa katodi oli sijoitettu pystysuunnassa laatikon keskelle ja anodit reunoille. Toinen laatikoista täytettiin hiekalla ja toinen savella. Kolmas testiyksikkö rakennettiin muovista valmistettuun 50 litran vetoiseen nk.

muuttolaatikkoon.

Kaikkiaan käytössämme oli siis viisi erillistä kennoa.

6. kokeisiin otetut maanäytteet

6.1.1 Kennon 1 A savi

Kennon IA sisältämä materiaali oli savea, raekokojakauma liitteenä. Kennon IA savi oli kokeessamme käytetyistä maalajeista kaikkein lyijypitoisinta, lyijypitoisuus oli n.

6,7 % (67000 mg / kg). Savi oli otettu ojanpenkasta, johon akkuromua oli haudattu.

6.1.1 Kennon 1 В savi

Kennon IB sisältämä materiaali oli savea, raekokojakauma liitteenä. Saven lyijypitoisuus oli 1,6 % (16000 mg /kg). Savi oli otettu ojan pohjasedimenttikerroksesta, sen koostumusta voitaneen pitää lyijypitoisuuden osalta homogeenisena.

6. 2.1 Kennon 2 A hiekka

Kennon 2A sisältämä maalaji oli hiekkaa, seula-analyysi on taulukossa 8, alitteen raekokojakauma on liitteenä. Hiekka oli peräisin tehtaan piha-alueen täyttöhiekkakerroksesta. Kokoomanäytteen lyijypitoisuus oli 0,25% (2500 mg / kg).

Kennon lyijypitoisuutta voitaneen pitää huolellisen sekoituksen jälkeen tasalaatuisena.

6.2.1 Kennon 2 В hiekka

Kennon 2B sisältämä maalaji oli hiekkaa, seula-analyysi on taulukossa 8, alitteen raekokojakauma on liitteinä. Hiekka oli peräisin tehtaan piha-alueen täyttöhiekkakerroksesta. Kokoomanäytteen lyijypitoisuus oli 0,25% (2500 mg / kg).

Lyijypitoisuutta voitaneen pitää huolellisen sekoituksen jälkeen tasalaatuisena.

6. 3 Kennon 3 savi

Kennon sisältämä maalaji oli savea, raekokojakauma liitteenä. Lyijypitoisuus savelle oli alussa 4,2 % (42000 mg / kg).

7. Kokeen kulku

Menetelmän testaus kennojen 1 ja 2 osalta alkoi 22.04 1999. kun kennostot oli täytetty maa-aineksella ja tasavirta oli kytketty katodin ja anodin välille. Kennon 3 osalta koe alkoi 18.05.1999. Mittaustulokset liitteenä.

Seuraavat mittaukset tehtiin joka päivä:

Sähkövirta I - jännite U

- potentiaalijakauma elektrodien väliltä.

- pH sekä katodilta että anodilta.

- Kennoista prosessin vaikutuksesta poistunut vesimäärä.

- Kennostojen lämpötila, sekä kennolta 3 lämpötilajakauma kennon eri osissa (anodi, keskiosa ja katodi).

7.1 Näytteenotto

Näytteenotto tehtiin puhtaalla lusikalla, jokainen maanäyte koostui kymmenestä lusikallisesta maata. Näytteet kuljetettiin laboratorioon puhtaissa 800 ml:n vetoisissa lasipurkeissa, jossa niistä analysoitiin ICP:llä lyijypitoisuudet.

Näytteitä otettiin yhteensä 49 kappaletta, joista 43 oli maanäytettä ja 6 vesinäytettä.

Korkeimmat lyijypitoisuudet havaittiin kennosta 1 A, jonka sisältämän saven lyijypitoisuus oli enimmillään 9 %.

7. 2 Seula-analyysit

Tutkin kennon 2 maa-aineksen raekokojakaumaa kokeen jälkeen seula-analyysin avulla kennon eri osissa. Tulokset ovat taulukossa 8 sivulla X3. X

Lopuksi 63 |im alite tutkittiin raekokoanalysaattorilla (Coulter particle size analyzer).

Raekokoanalyysin tulokset ovat liitteenä.

Tutkin myös kennojen 1 ja 3 saven raekokojakaumaa raekokoanalysaattorilla.

Tutkimustulokset liitteenä.

8. Tulokset

Kuva 5. Kenno 1, vasemmassa kennossa (IA) veden pH:n tarkkailua varten suodatin.

8.1.1 Kenno IA

Kennon sisältämä saven kerroksellisuuden aiheuttamat lyijypitoisuuden vaihtelut häiritsivät näytteenottoa. Kokeen tuloksia ei voida tämän vuoksi pitää luotettavina, eikä kennosta otettu loppunäytteitä testijakson päättyessä.

Taulukko 4. Kenno IA: prosessin avainlukuja.

440 KWh / 69 vrk —> 1100 KWh /m3

virta I keskim. 3,2 V jännite U keskim. 70 A Prosessivesi 415,51 / 0,8 m3 —> n. 520 1 / m3

СНзСООН 2,500 1 —» 6,25 1 / m3

NaOH 192 g 480 g / m3

Kenno 1A Anodi (savi)

75000

65000 60000

47000 45000

30000 -- 15000

aika vuorokausina

Kuvaaja 1: Pb -pitoisuudessa aluksi selvä lasku, korkeiden pitoisuusvaihteluiden aiheuttamat ongelmat häiritsivät näytteenottoa. Tulokset kennon 1 A osalta epäluotettavia.

Kenno 1A KESKIOSA (savi)

75000 60000 2 45000 S 30000 n 15000

aika vuorokausina

Kuvaaja 2. kennon IA keskiosan Pb -pitoisuudessa havaittavissa laskua.

Kenno 1A KATODI (savi)

90000 75000 60000 45000 30000 S. 15000

Aika vuorokausina

Kuvaaja 3. 2. Ja 4. näyte kuvaavat parhaiten lyijyn kertymistä katodille.

Kuva 6. Kennon IA savi otettiin ojan penkasta. Kennon IB savi otettiin ojan pohjakerroksesta.

8.1.2 Kenno IB

Koetta voidaan pitää onnistuneena, tosin raja-arvoja alittaviin pitoisuuksiin olisi tarvittu pidempi prosessointiaika.

Taulukko 5. Kennon IB avainlukuja

495 KWh / 69 vrk —> 6,5 KWh / vrk

virta I keskim. 2,6 V jännite U keskim. 70 A

Prosessivesi 415,51 / 0,8 m3 —» n. 520 1 / m3 (kennot IA + IB) СНзСООН 1,500 1 —> 3,75 1 / m3

NaOH -1 —> -l/m3

Kenno 1B ANODI (savi)

16000 12000

aika vuorokausina

Kuvaaja 4. Pb -pitoisuuksien aleneminen huomattavaa. Viimeinen näyte on kokoomanäyte

Kenno 1В KESKIOSA (savi)

vom

20000

E 15000 g 10000

aika vuorokausina

Kuvaaja 5.. Tuloksista havaittavissa Pb -ionien liike anodilta katodille elektrodialyyttisten prosessien seurauksena.

Kenno 1В KATODI (savi)

Б4000 50000

40000 i 30000

25000 20000

<» 16000-

10000

Aika vuorokausina

Kuvaaja 6. Pb -pitoisuuden kasvu katodilla huomattavaa.

8. 2 Kenno 2

Kuva 7. Kenno 2 kokeen jälkeen. Hiekasta prosessin vaikutuksesta poistunut lyijy on saostunut katodin ympäristöön sekä kennon pohjalle. Katso kuva 9.

8. 2.1 Kenno 2A

Koetta voidaan pitää onnistuneena, tosin viimeinen näytteenotto tehtiin prosessin oltua suljettuna 7 vrk. Diffuusion vaikutuksesta pitoisuudet kennon keskiosassa sekä anodilla kasvoivat.

Taulukko 6. Kennon 2A avainlukuja.

211 KWh/40 vrk —> n.530 KWh / m3 virta I keskim. 3,0 V jännite U keskim. 70 A

Prosessivesi 225,75 / 0,8 m3 —» n. 280 1 / m3 (2A ja 2B yhteensä) СНзСООН 8,100 1 —> 20,25 1 / m3

NaOH 756 g —» 1890 g / m3

Kenno 2A ANODI (hiekka)

aika vuorokausina

Kuvaaja 7. Pb -pitoisuuksien aleneminen huomattavaa. Viimeinen on kokoomanäyte, anodilta sekä kennon keskiosasta, joka otettiin prosessin oltua 7 vrk suljettuna.

Diffuusio aiheutti Pb:n kulkeutumista katodilta muualle kennoon. Tavoitepitoisuutena ollut 300 mg / kg saavutettiin anodilla jo 18 vuorokauden kuluessa kokeen

aloittamisesta, joten prosessointiaikaa olisi voitu lyhentää.

Kenno 2A KESKIOSA (hiekka)

aika vuorokausina

Kuvaaja 8. Näytteitä otettiin vain 3 kpl. Pb -pitoisuuden alenema selkeää. Viimeinen on kokoomanäyte kennon keskiosasta sekä anodilta, joka otettiin prosessin oltua 7 vrk suljettuna

Kenno 2A KATODI (hiekka)

0 10 20 30 40 50

aika vuorokausina

Kuvaaja 9. Pb:n kertyminen katodille.

Kenno 2A pohja (hiekka)

aika vuorokausina

Kuvaaja 10. Pb- pitoisuuden kasvu kennon 2A pohjalla.

8. 2.2 Kenno 2B

Kennosta ei tehty jatkuvaa Pb -pitoisuuden analysointia, näytteitä otettiin ennen prosessin alkua ja 10 vrk sen jälkeen. Tulokset noudattelivat kennon 2A tuloksia, tämä tukee väitettä kokeen onnistumisesta.

Taulukko 7. Kennon 2B avainlukuja.

137 KWh / 40 vrk —> 342,5 KWh / m3 virta I keskim. 3,0 V jännite U keskim. 70 A

Prosessivesi 225,75 1 / 0,8 m3 —> n. 280 1 / m3 (2A ja 2B yhteensä) СНзСООН 8,30 1 —> 20,75 1 / m3

NaOH 768 g —> 1 920 g / m3

Pb-pitoisuus mg/kgCPb-pitoisuusmg /kg

kenno 2B anodi + keskiosa

600

aaja 11. Pb -pitoisuuden alenema vastaa kennon 2 A arvoja.

Kenno 2b katodi

3500

1000

Aika vuorokausina

Kuvaaja 12. Pb:n kertyminen katodille.

Pb-pitoisuudetmg/kg

Kenno 2B pohja (hiekka)

aika vuorokausina

Kuvaaja 13. Pb -pitoisuuden muutokset kennon pohjalla kokeen edetessä

Kuva 8. Hiekanotto kennoihin 2 Aja В.

8. 3 Pb -pitoisuuden muutokset kennolla 2

Anodi Katodi Anodi

Pb 550 mg / kg Pb 550 mg / kg

Pb 3100 mg/kg Pb 8000 mg / kg

Pb 6300 mg / kg Pb 5600 mg / kg

Kuva 9. Kaaviokuva lyijyn kulkeutumisesta kennolla 2. Nuolet kuvaavat lyijyn kulkeutumissuuntaa. Pb -pitoisuudet perustuvat laboratorioanalyyseihin. Kuva ei ole oikeassa mittakaavassa.

Taulukko 8. Pb -pitoisuuden jakautuminen kennossa 2 kokeen jälkeen.

Kennon osa Massa kg %-osuus Pb -pitoisuus mg/kg

Pb:n määrä kg %-osuus

Koko kenno n.1090 100 2500 n. 2,725 100

Anodi + keskiosa

n. 745 68 550 n. 0,410 15

Pohja + katodi n. 345 32 6700 n. 2,315 85

Tarkasteltaessa kennon lyijypitoisuuden muutosta kokeen aikana kennossa 2, havaitaan lyijyn kertyneen katodille sekä kennon pohjalle. Kennon 2 poikkileikkauksesta voidaan määrittää puhdistuneen, sekä jatkokäsittelyä vaativan massan määrät.

Puhdistuneen (550 mg / kg) hiekan määräksi voidaan punnituksen perusteella määritellä 745 kg, johon on sitoutunut lyijyä n. 410 g. Loput lyijystä eli n. 2 312 g on sitoutunut katodille sekä kennon pohjalle, joiden yhteismassamäärä on noin 345 kg. Katodin ja pohjaosan Pb -pitoisuudeksi saadaan tämän perusteella 6 700 mg / kg, mikä sopii hyvin laboratorion analyysituloksiin, katodi 3 100-8 000 mg / kg, pohja 5 600 - 6 300 mg / kg-

Pb konsentroitui kokeen aikana 41 vuorokaudessa 345 kiloon hiekkaa, mikä on noin 32 % alkuperäisestä 1 090 kilosta.

Taulukko 9. Raekokojakauma kennon 2 eri osissa. Katodilla ja kennon pohjalla on havaittavissa veden virtauksen vaikutus 63 pm alitteessa.

raekoko pm keskiosa + anodi

%-osuus

katodi

% -osuus

pohja

%-osuus

>5660 26,695 21,14 8,448

5660 - 2000 16,934 16,55 15,999

2000- 1000 14,460 14,92 19,160

1000-710 8,653 11,75 14,840

710-500 7,421 7,270 10,193

500-250 14,718 16,43 20,948

250- 125 5,541 6,124 3,691

125-63 2,398 2,404 2,426

<63 2,909 3,382 4,294

8. 4 Kenno 3

kuva 10 Kenno 3, anodi vasemmalla ja katodi oikealla reunalla.

Kenno 3 rakennettiin, jotta voitiin tarkkailla veden kulutusta. Savi (38kg) sekoitettiin huolellisesti ja siihen lisättiin 1,00 1 laimentamatonta etikkahappoa (СНзСООН). Koetta voidaan pitää onnistuneena, kenno ei vuotanut ja vedenkulutus saatiin selville. Tosin raja-arvopitoisuuksia ei 46 vrk: n testijakson aikana ehditty saavuttaa.

Taulukko 10. Kennon 3 avainlukuja.

67 KWh / 46 vrk —> 3350 KWh / m3

virta I keskim. 0,86 V / vrk jännite U keskim 70 A Prosessivesi 5,27 1 / 0,02 m3 —> n. 2601 / m3

Lisätty vesi 63,42 1 / 0,02 m3 —> n. 31701/m3

СНзСООН 1,101 —> 55,0 1 / m3

NaOH - g —> - g/m3

Pb-pitoisuusmg/kg

Kenno 3 ANODI (savi)

A2Q00

40000 30000 20000

12030 10000

aika vuorokausina

Kuvaaja 14. Pb -pitoisuuden aleneminen kennon 3 anodilla.

Kenno 3 KESKIOSA (savi)

42000 40000

♦ 3800СГ 30000

20000 10000

aika vuorokausina

Kuvaaja 15. Pb -pitoisuuden muutokset kennon 3 keskiosassa.

Pb -pitoisuudet mg/kg

Kenno 3 KATODI (savi) 90000

-♦ 80000 75000

60000 45000 30000 15000

aika vuorokausina

Kuvaaja 16. Pb:n kertyminen kennon 3 katodille.

8.5 Prosessivesi

Prosessiveden lyijypitoisuuden määrittämistä varten otettiin kaikkiaan 6 vesinäytettä.

Savella, kennot 1 ja 3, prosessiveden lyijypitoisuus pysyi kokeen aikana pienenä. Tämä johtui saven filtraatiokyvystä. Hiekan, kenno 2, prosessiveden lyijypitoisuus nousi

kemikaalien lisäyksen jälkeen jopa 310 mg /1 tasolle.

Taulukko 11. Kennon 1 prosessiveden Pb -pitoisuudet (koontivesinäyte 20 ml / vrk).

Kenno 1 3 mg /1 saven sekoitusvesi (21.04) 2,7 mg / 1 koontivesinäyte (22.04-21.06)

Taulukko 12. Kennon 2 prosessiveden Pb -pitoisuudet.

Kenno 2 14 mg /1 (22.04) 230 mg / 1 (04.05) 310 mg/1(07.05)

Taulukko 13. Kennon 3 prosessiveden Pb -pitoisuus. Analysoitu vesi on otettu koontinäytteenä, 20 ml / vrk.

Kenno 3 5,4 mg /1 koontivesi (31.05 - 06.06)

9. Ongelmia

9.1 Elektrodien korroosio

mmm

шщят ДИШ

li Ш

1

Hm)

Kuva 11. Kennon 1 A anodi kokeen jälkeen. Titaanista valmistettu anodiverkko kärsi huomattavia korroosiovaurioita

Kuva 12. Kennon 3 anodina käyttämämme titaani verkko kokeen jälkeen.

Prosessin edetessä oli havaittavissa elektrodeissa huomattavaa korroosiota. Anodina käytimme titaanista valmistettua verkkoa, joka syöpyi kokeen aikana huomattavasti.

Katodina käyttämämme 1,5 mm:n teräspeltilevyt ruostuivat nekin selvästi..

Sähköpotentiaalin määrittämiseen käytetyt teräspultit tuhoutuivat lähes kokonaan kennossa 3 jo ensimmäisen 10 vuorokauden aikana. Tuhoutuneet pultit vaihdettiin uusiin ja ne asennettiin kennoon vain mittausten ajaksi. Teräspulttien korroosio näkyi rautahydroksidi -saostumana kennon 3 katodilla.

Kuva 13. Kennon 3 katodi, jossa havaittavissa rautahydroksidi -saostumaa.

9.2 kennojen vuotaminen

Vuotaminen aiheutti ongelmia kennoissa 1 ja 2. Huomattavinta vuotaminen oli kennossa 2, jossa karkeampi maa-aines rikkoi jo täyttövaiheessa tiivisteenä käytetyn muovikalvon. Vuoto hidastui kahden viikon kuluessa puun turvotessa ja hienojakoisen maa-aineksen täyttäessä rakoja.

Vuotaminen oli ongelmallista, koska se vaikeutti todellisen vedenkulutuksen arviointia.

Lisäksi vuotovesien mukana kennoista poistui prosessille tärkeitä kemikaaleja, joita jouduttiin tämän vuoksi lisäämään normaalia enemmän.

9.3 Näytteenotto

Näytteenotossa ongelmana oli maa-aineksen kerroksellisuus saastuneisuuden suhteen.

Lyijy oli konsentroitunut voimakkaasti vain tiettyihin maakerroksiin. Kattavan näytteen saaminen oli vaikeaa. Tämä ilmiö koski erityisesti kennon 1 savea.

9.4 Vedenjohtavuus savessa

Saven heikko vedenjohtavuus vaikeutti kennojen IA, IB ja 3 puhdistusprosessia.

Vedenjohtavuuden ilmoittava K -arvo savelle on suuruusluokkaa < 10'9 ms"1, kun K - arvo hiekalle noin 10"2 -10“5 ms"1.

Kokeen päätyttyä oli kennon 1 savessa havaittavissa vesivirtauksen muovaamia

”hiirenkoloja” muistuttavia veden kulku-uomia.

Kuva 14. Saven pinta kennon IA anodilta. Veden virtaus on muovannut saveen kulku- uomia.

Taulukko 14. Eri maalajien vedenjohtavuuksien (hydraulisten johtavuuksen) ohjearvoja. Maalajit on jaoteltu rakennusteknisen maalajiluokituksen mukaan (Airaksinen 1978, s.73).

Maalaji Vedenjohtavuus, m s"1

Moreenit

Sora- KT5 - KT7

moreeni

Hiekka- 10'6 - IO"8 moreeni

Hieta- H)"7 - KT9 moreeni

Savi- moreeni

< KT8

Maalaji Vedenjohtavuus, m s"1

Lajittuneet maalajit

Sora HL1- KT3

Karkea hiekka

10"2 - H)’4 Hieno hiekka K)"3- 10"5 Karkea

hieta

KT1- KT6 Hieno hieta K)"5 - KT7 Hiesu H)"7 - HL9 Savi < KT9

10. Parannuksia

10.1 Elektrodien korroosio

Kokeessa käyttämämme kemikaalit (NaOH ja СНзСООН) syövyttivät anodimateriaalina käyttämäämme titaaniverkkoa. Titaani on kallista, eikä sen käyttäminen ole taloudellisesti kannattavaa.

Titaani on metallien galvaanisessa sarjassa kolmanneksi jaloin metalli, sitä galvaanisesti kestävämpiä metalleja ovat vain sitä huomattavasti kalliimmat kulta ja platina (Miekk­

oja). Grafiitti on galvaanisessa sarjassa myös titaania jalompi aine, joten se voisi olla eräs vaihtoehto elektrodimateriaaliksi.

Maanpuhdistusprosesseissa käytettäviä elektrodeja ei ole taloudellisesti järkevää valmistaa arvokkaista jalometalleista. Eräs vaihtoehto on tehdä ne haponkestävän teräksen sekä kivihiilimurskeen yhdistelmästä. Tämä olisi järkevää toteuttaa eräänlaisena kasettiratkaisuna, jossa hiilimurske ja metallitangot sijoitetaan lasikuituverkon sisään.

ooooooooooooooo

Kuva 15. Katodin rakenne. Terässauvat on sijoitettu kivihiilimurskeella täytetyn verkkorakenteen sisään.

10.2 Seulonta

Seula-analyysien perusteella seulonnalla päästään huomattaviin kustannussäästöihin.

Hiekan osalta seulonta 1 millimetriin pienentäisi massan noin puoleen alkuperäisestä.

Yleisesti on tiedossa, että maaperässä olevat saasteet ovat useimmin sitoutuneena hienompiin maajakeisiin (Tähkälä 1999). On ilmeistä, että tämä vaatisi tarkempaa tutkimusta.

Suurien maamassojen seulonnan toteuttaminen on ongelmallista pöly-, saaste- sekä teknisten ongelmien takia. Käytännössä seulontaa ei voitane tässä tapauksessa toteuttaa järkevillä kustannuksilla. Maa-aineksesta on kuitenkin ennen jatkokäsittelyä poistettava ylimääräinen orgaaninen aines, suurimmat kivet, asfaltti, metalliromu sekä rakennusjätteet.

10.3 Kemikaalien sekoitus

Kemikaalien sekoitus maa-ainekseen olisi järkevää toteuttaa 4-7 vuorokautta ennen varsinaisen elektrolyyttisen prosessin aloittamista. Tällöin kemikaalien reagointiprosessi maahan sitoutuneen lyijyn kanssa paranisi, mikä omalta osaltaan tehostaisi puhdistusprosessia. Sekoitus olisi helppo toteuttaa esimerkiksi suurehkossa betonimyllyssä

11. Ehdotukset käytännön projektin toteuttamiseksi

Sähkövirran avulla tapahtuva maaperän puhdistusmenetelmä toimi parhaiten hiekalle, saven osalta puhdistuminen vaatii huomattavasti pidemmän ajan ja on täten kustannuksiltaan huomattavan korkea. Tämä johtuu mm. saven heikosta vedenjohtokyvystä. Olen tekemieni tutkimusten ja saamieni mittaustulosten perusteella päätynyt pohtimaan ainoastaan hiekan käsittelyn toteuttamista tutkimallani menetelmällä.

Puhdistamista vaativaa lyijyn likaamaa hiekkamaata on Pakkas akku Oy:n tontilla yhteensä n.l 100m3, joten käsittely on järkevää toteuttaa useammassa erässä.

11.1 Kennoston rakenne

Taloudellisin ja nopein tapa on sijoittaa katodi kennon pohjalle. Tällöin myös gravitaatiovoima nopeuttaa prosessia. Massojen erottelu voidaan toteuttaa kauhakuormaajan avulla. Katodin päällä n. 0,10 - 0,20 m:n korkeudella, puhtaan ja likaantuneen maan rajapinnassa, on oltava esimerkiksi muovista rakennettu verkkomainen tukirakenne. Tukirakenne mahdollistaa massojen taloudellisen erottelun maanpuhdistusprosessin päätyttyä.

V

11.2 Tarvittavat välineet

1000 m3 maan käsittelyyn tarvitaan ainakin seuraavat välineet:

1. Vesitiivis pressulla peitettävä kaukalo, noin 200 m3 2. Tasavirtalähde, 50 kVA, (kaapelointi)

3. Anodi 4. Katodi

5. Kastelu sekä veden kierrätysjärjestelmä 6. Prosessin valvontaan tarvittava välineistö 7. Kemikaalit

11.2.1 Kaukalo

Suurehkon massamäärän, sekä rajallisen käsittelyajan vuoksi prosessointiakaan koon on oltava noin 200 m3, yksittäistä prosessia toteutettaessa on kustannuksista pyrittävä minimoimaan, joten allas on järkevä tehdä puusta. Toinen kilpailukykyinen vaihtoehto on kaivaa allas maahan. Suuri tilavuustarve ja toisaalta elektrodien välisen etäisyyden optimointi asettavat altaan koolle omat rajoituksensa.

Eräs vaihtoehto on koota allas kuudesta, toisissaan kiinni olevista, 6 x 6 x 1,05 metrin kaukalosta, kuten kuvissa 16 ja 17.

Suunniteltaessa suuren mittakaavan projektin toteutusta, voidaan kaukalo rakentaa kestämään satoja käsittelykertoja. Tällöin allas on järkevä tehdä kallioon louhimalla.

Louhintakustannukset nousevat noin 200 markkaan kuutiolta louhittaessa pientä 200 m3:n allasta. Oman lisäkustannuksensa aiheuttavat mahdolliset tiivistyskustannukset, esimerkiksi ruiskubetonointi maksaa noin 700 mk kuutiolta, ruiskubetonia voidaan arvioida tarvittavan n. 10 cm:n kerros. 200 m3:n altaan hinnaksi voidaan laskea noin 50 000 mk: louhinta 200 m3 * 200 mk / m3 = 40 000 mk, ruiskubetonointi 150 m2 * 0,1 m *

700 mk / m3 = 10500 mk. Altaan kustannuksia arvioitaessa on altaan mittoina käytetty 20 m * 5 m * 2 m.

11.2.2 Tasa virtalähde

Tasavirtalähteeksi soveltuu kokeessamme käytetty muuntaja. Muuntaja on Muuntosähkö Oy:n valmistama 3 DC 40 kV A - 380 / 65 - 133 - 220 - 268 V DC - mallinen 3 -vaihevirtamuuntaja. Muuntajan vuokra on noin 700 mk / kk.

11.2.3 Anodi

Työni kokeellisessa osassa anodina käytetty kallis titaaniverkko vaurioitui elektrolyyttisen korroosion vaikutuksesta. Käytännön projektin toteutuksessa titaani on liian arvokas materiaali. Eräs vaihtoehto on valmistaa lattaraudasta hitsaamalla verkkomainen anodirakennelma, joka voidaan vaihtaa tarvittaessa uuteen korroosion edetessä (ks. kuva 18). Toinen, edullisempi vaihtoehto on käyttää betonin raudoitusverkkoa, jota on saatavissa valmiina rakennustarvikkeita myyvistä liikkeistä.

Yksittäisen verkon koko 2,35 m x 5,00 m ja teräksen halkaisija 8 mm.

11.2.4 Katodi

Altaan pohjalle sijoitettava katodi on järkevää valmistaa kivihiilimurskeesta. Kivihiili on edullinen, helposti käsiteltävä, hyvin sähköä johtava sekä helposti saatavilla oleva materiaali.

Tällöin prosessiveden poiston järjestäminen voidaan toteuttaa reiällisten teräsputkien avulla. Katodin rakennetta on esitelty kuvassa 19.

11. 2. 5 Kastelu sekä veden kierrätysjärjestelmä

Sähkövirran avulla tapahtuvassa maan puhdistuksessa tehokkain puhdistus saavutetaan huokostilan ollessa kokonaan veden täyttämänä. Veden virtausta hiekalla täytetyssä kennossa, jossa elektrodit ovat vaaka-asennossa, säädellään katodilta poistoventtiilin avulla.

Kastelu voidaan automatisoida kennoon asennettavien vedenpinnan korkeutta mittaavien putkien, sekä niihin liitettävien sensoreiden avulla. Kastelujärjestelmän periaate on esitetty kuvassa 20.

11. 2. 6 Prosessin valvontaan tarvittava välineistö

Kennon pH- ja lämpötilaolosuhteita voidaan helposti valvoa tietokoneisiin liitettävien sensoreiden avulla. Toinen vaihtoehto suorittaa tarvittavat mittaukset manuaalisesti tätä varten palkatun henkilön toimesta. Olen kustannusarviossani käyttänyt jälkimmäistä vaihtoehtoa.

11. 2. 7 Kemikaalit

Kemikaalien kulutukseksi voidaan tehtyjen kokeiden perusteella arvioida.

- СНзСООН 7,5 / m3 -> 7500 1 / 1000 m3 - NaOH 0,75 kg / m3 —» 750 kg / m3

Tekemässäni kokeessa kemikaalien kulutusta nosti kennojen vuotaminen.

11. 3 Massan esikäsittely

Ennen prosessin alkua on massalle tehtävä seuraavat esikäsittelyvaiheet:

1. Poistettava suurimmat kivet, asfaltti, kannot ym. Puukappaleet, mahdollinen rakennusjäte, metalliromu yms. Tämä on yksinkertaisinta toteuttaa lapioseulalla.

2. Kokoomanäyte kustakin käsittelyerästä.

3. Kemikaalien sekoitus esimerkiksi betonimyllyssä.

11.4 Kustannusarvio

Tekemäni kustannusarvio pyrkii antamaan suuruusluokka-arvion menetelmän kustannuksista. On selvää, että kustannukset muodostuvat korkeiksi hankittaessa kaikki prosessin vaatimat laitteet yksittäistä projektia varten. Suuria yksittäisinvestointeja, kuten kaukaloa (ks. 11.2.1), prosessiveden kierrätysjärjestelmää tai valvontalaitteita ei pidä laskea suoraan tämän prosessin kuluiksi. Suunnittelun ja toteutuksen vaatiman työn osuuden arvioinnissa on käytetty apuna vastaavanlaisissa projekteissa käytettyjä kuluja.

Ohessa luetteloitu käytännön projektin työkustannuksia, sekä prosessin vaatimia välineitä ja raaka-aineita hinta-arvioineen. Taulukossa ei ole luetteloitu maan kaivuu- eikä kuljetuskustannuksia, mutta niiden osuus on tapauksesta riippuen n. 80 mk / t.

Lisäksi tulee huomioida välineiden sekä raaka-aineiden kuljetuksista aiheutuvat kustannukset.

Taulukko 15. Käytännön projektin kustannusten arviointia 1000 m3:n hiekkamäärän (Pb -pitoisuus 2500 mg / kg) käsittelemiseksi.

Kulutus ИМ/

yksikkö

Yhteensä ИМ x 1000

sähkö 300 KWh /

m3

0,50 mk / m3 150

kemikaalit NaOH 0,75 kg / m3 2,95 mk/kg 2,2 СНзСООН 7,5 1 / m3 3,78 mk /1 28, 35 anodiverkko (2,35mx 5m) 144 kpl 160 mk / kpl 23 katodi: teräsputket n. 300 m 16 mk / m 4,8

kivihiili n. 5 t. 1200 mk/t 6

kaapelointi n. 100 m 30 mk / m 3

jäännösmaan betonointi n. 1801 400 mk /1 72

suunnittelukustannukset 25

valvontakustannukset 6 kk 60

toteutuskustannukset 80

laboratorioanalyysit n. 60 kpl 350 mk / kpl 21

muuntajan vuokra 700 mk / kk 6 kk 4,2

maan homogenisointi lapioseulan sekä sekoitusrummun avulla

230 mk / h 15 t/h 16

yhteensä 495, 55

mk/t n. 1000 m3 n.1800t n. 275 mk /1

M ^{ЩЩ ill}

11 ^{i\ \}

t

1- Lauta - 19 kpl

2- Terästangot - 12 kpl 3- Kulmaraudat

4- (1000x50x2.5mm) - 24 kpl 5- Teräspultit

(M8x50mm) - 152 kpl

ы

6000

чr

У ii

5000

if _____

ii

5000

. i.

A

f.000

yr

ii

É.000

i к

(.000

r

36000

Kuva 16. Kaukalo. sivuprofiili

n

C

1- ponttilauta 2 - Lankku 3 - Lattarauta 4 - Ruuvi 5 - Naula 6- Reiät asennuspulteille

Kuva 17. Yksittäinen kaukalo. 35

C

c

1 i

\ 1y

\ 5

j—t^ ---

• \ e

vV \ \

M---г--- \

X 5800

1 - Lattarauta 2 - Terästanko 3 - Hitsisauma 4 - Yhdyskaapeli

5 - Yhdyskaapelin liitoskohta 6 - Liitin

7 - Pulttiliitos

7 Kuva 18. Lattaraudasta valmistettu anodi.

1- Katodi 2- Kokoojaputki

(teräsputkea) 3- Letkuliitin 4- Yhdysputki 5- Liitin

6- Suodatinkangas 7- Refitys 8- hitsaussauma

C==l

1 7

3 2

——---r --- -—---- —--- --- —--- —---4 ---1

\ 5450

L. =

■ - --- ---—— 1

5800

Kuva 19. Katodin rakenne sekä prosessiveden poisto.

4- Letku

5- Säiliö puhtaalle vedelle

6- Pumppu 7- Suodatin 8- Säiliö likaiselle

vedelle 9- Pumppu

10- Putki katodilta

Kuva 20. Veden kierto.

Vaakaprofiili

(Kuva ylhäältä katsottuna)

12. Vertailua muihin käsittelymenetelmiin

12.1 kiinteytys - ekobetonointi

Kiinteytyksessä likaantuneesta maa-aineksesta valmistetaan betonia, jolloin siinä olevat saasteet sidotaan fysikaalisesti tai fysikaalis-kemiallisesti kiinteään matriisiin. Samalla epäpuhtauksien liikkuvuus ja liukenevuus pienenevät. Saastuneiden maamassojen kiinteytykseen käytetään yleisimmin sementti- tai kalkkipohjaisia menetelmiä. Näin syntynyt betoni sijoitetaan usein alkuperäiseen paikkaansa tai lupaehdoissa määriteltyyn kohteeseen. Sopivia sijoituskohteita ovat esimerkiksi kaatopaikkojen tukirakenteet, teollisuus- sekä jätteiden keräilykentät. Kiinteytystä on pidetty usein lähes ainoana keinona käsitellä raskasmetalleilla saastuneita maita. Kiinteytys ei ole kuitenkaan lopullinen ratkaisu, se vain vähentää sekä siirtää jätemateriaalista aiheutuvaa ongelmaa.

Parhaiten kiinteytykseen soveltuvat raskasmetalleilla, asbestilla, radioaktiivisilla aineilla tai epäorgaanisilla syanideilla saastuneet maat. Menetelmää ei voida suositella supermyrkkyjen kuten PCB:n, elohopean tai dioksiinien saastuttamalle maalle.

Menetelmä soveltuu heikosti myös hienojakoiselle, sekä runsaasti orgaanista ainesta sisältävälle maa-ainekselle.

Tyypillisiä aineita, joita ekobetonoimalla käsiteltävät maamassat sisältävät ovat:

kupari, kromi ja arseeni - lyijy

metallipitoinen kuona ja tuhka muut raskasmetallipitoiset massat

Side-ja lisäaineet 270 kg / m3

EKOBETONOINTI - mm.

raskasmetallipitoiset maat

- 36 0001 / vuosi - 21 000 m3 / vuosi

50%

25 %

25 %

- teollisuus- ja jätealueiden pohjat ja maarakenteet

- teiden ja katujen pohjat ja kantavat rakenteet

- kenttien kantavat rakenteet,

täytöt ja pohjan vahvistus

Kuva 21. Lohja Rudus Oy:n Virkkalan likaantuneiden maiden käsittelylaitoksen ekobetointiyksikön materiaalivirtakaavio (Maa ja Vesi Oy 1996).

12.1. 2 Ekobetonointiprosessin vaatimat tutkimukset

12.1. 2.1 Esitutkimukset

Esitutkimukset ovat kiinteytyksessä erityisen tärkeitä, sillä menetelmä on herkkä käsiteltävän materiaalin koostumuksen muutoksille. Käsiteltävästä maa-aineksesta tulee tutkia ainakin raekoko, kosteus, käsiteltävien epäpuhtauksien pitoisuudet, tiheys sekä läpäisevyys.

Mikäli maaperässä epäillään olevan sitoutumista haittaavia, tai suunniteltujen side- ja lisäaineiden toimintaan vaikuttavia aineita tulisi myös niiden pitoisuudet tutkia.

12.1. 2. 2 Kiinteytetyn massan tutkimukset

12.1.2.2.1 Pakkasenkestävyys

Kiinteytetyn maa-aineksen pakkaskestävyys tutkitaan laboratoriotestein. Testeissä kappale jäädytetään ja sulatetaan 12 kertaa peräkkäin. Kappale saa menettää kokeen aikana korkeintaan 10 % painostaan. Pakkaskestävyyden tutkimiseen olisi kuitenkin kiinnitettävä enemmän huomiota, mikäli kiinteytetyt massat joutuvat alttiiksi säätilan vaihteluille.

12.1. 2.2.2 Puristuslujuus

Kiinteytetyn maan puristuslujuus testataan normaalilla betoninormien mukaisella testillä (SFS 4474). Testissä puristetaan joko sylinterin tai kuution mukaista kappaletta tasaisesti 0,6 ± 0,4 MN / (m2s) kasvavalla voimalla, kunnes kappale murtuu. Kokeen tulokset muunnetaan RakMk B4 ohjeen mukaisesti vastaamaan särmältään 150 mm kuution tuloksia.

12.1. 2. 2.3 Liukoisuus

Haitta-aineiden liukeneminen kiinteytetystä materiaalista testataan diffuusio- liukoisuustestillä. Testissä lieriömäistä vähintään 4 cm halkaisijaltaan olevaa kappaletta liuotetaan 64 vuorokautta vedessä, jonka pH on säädetty hapolla arvoon 4. Kokeen aikana vesi vaihdetaan 6 h:n, 1 d:n, 2,25 vrk:n, 4 vrk:n, 9 vrk:n, 16 vrk:n, 32 vrk:n ja 64 vrk: n kuluttua kokeen aloittamisesta. Vesiliuoksista määritetään tutkittavien haitta- aineiden pitoisuudet, pH sekä sähkönjohtokyky.

Lyijylle tämän testin enimmäisliukoisuusarvo on 120 mg / m2 / 64 vrk, mikäli kappale sijoitetaan pysyvästi kosteisiin olosuhteisiin ja 400 mg / m2 / 64 vrk, kun kappale sijoitetaan ajoittain kosteisiin olosuhteisiin.

Betonille asetettavat ominaisuudet riippuvat sen sijoituspaikan mukaan.

Lyijypitoisuus kiinteytettävässsä maa-aineksessa saa olla 100 kertaa SAMASE -raja- arvo, mikäli materiaali sijoitetaan kaatopaikalle. Mikäli maa-aines sijoitetaan alkuperäiseen kohteeseen tai sitä hyötykäytetään maarakennuskohteessa, saa sen lyijypitoisuus ylittää SAMASE -arvot korkeintaan 15 kertaisesti.

Taulukko 16. Suositukset kiinteytetyn saastuneen maan sijoitusohjearvoista.

Kaatopaikkasijoitus käsittää myös käytön kaatopaikoille sijoitettavissa kenttärakenteissa ja muissa vastaavissa kaatopaikoille sijoitettavissa rakenteissa. Normaali

maanrakennuskäyttö tarkoittaa kiinteytetyn saastuneen maan käyttöä myös sijoitettuna alkuperäiseen kohteeseensa (Mroueh 1996).

Tutkittava ominaisuus kaatopaikkasijoitus normaali maanrakennus

Metallit, pitoisuus < 100 x SAMASE raja-arvo < 15 x SAMASE raja-arvo Orgaaniset aineet < 10 x SAMASE raja-arvo < 5 x SAMASE raja-arvo

VOC < 0,05 % < 0,05 %

Puristuslujuus betoninormien mukaisella testillä

Lujuus > 1 MN /m2 Lujuus > 3,5 MN /m2 Vedenläpäisevyys K < 10~8 m/s K < 10"9 m/s

Pakkasenkestävyys ASTM D560-57 tai vastaava

12 sykliä painohäviö < 10% 12 sykliä painohäviö < 10%

12.1. 3 Ekobetonoinnin kustannukset

Lohja Rudus Oy:n tekemän tarjouksen perusteella likaantuneiden maamassojen käsittelykustannukset ovat n. 515 mk / t. Hinta sisältää suunnittelutyön, kaivuun, kuljetukset Virkkalaan, betonoinnin sekä loppusijoituksen kaatopaikan tukirakenteissa.

Pelkän betonoinnin osuus on 390 mk /1.

Taulukko 17. Ekobetointiprosessin kustannukset Lohja Rudus Oy:n tekemän taijouksen mukaan. Tarjous koski kaikkia Pakkasakku Oy:n kiinteistöllä olevia Pb:n saastuttamia maita (savi + hiekka), yhteensä 26001.

Suunnittelu, tutkimukset, selvitykset 150 000 mk

Kaivuu ja kuljetus Virkkalaan 143 000 mk

Käsittelykustannukset Virkkalassa 1 014 000 mk

Kaivuu ja keljetukset kaatopaikalle 8 000 mk

Kaatopaikan käsittelykustannukset 20 000 mk

Yhteensä 1 335 000 mk

Yksikköhinta n. 515 mk/t

12.2 Pesu

Maanpesu on menetelmä, jossa saastuneesta maaperästä erotetaan epäpuhtauksia mekaanisten ja / tai kemiallisien menetelmien avulla. Maanpesua voidaan soveltaa myös lyijyllä saastuneelle maalle.

Eräs maanpesun esikäsittelyvaihe on luokitus. Luokituksessa maamassa jaotellaan raekoon mukaan eri fraktioihin, esimerkiksi seulonnan avulla. Tällöin hienoin ja yleensä myös pahiten likaantunut fraktio saadaan eroteltua.

Luokituksen lisäksi maanpesuun liittyviä prosesseja ovat mm. vaahdotus, ominaispainoerotus, magneettinen erotus sekä erilaiset maan hierontamenetelmät eli skrubbaukset.

Maanpesu ei ole noussut missään vaiheessa kilpailevaksi maan käsittelyvaihtoehdoksi työni kohteena olevalla kiinteistöllä, joten en käsittele tässä työssäni maanpesua yksityiskohtaisemmin.

Maanpesua suorittavat Suomessa mm. Lohja Rudus Oy sekä Ekokem Oy. Maanpesun hinta vaihtelee tapauksesta riippuen alkaen noin 400 markasta tonnilta.

12.3 Poltto

Pb ei kiehu polttoprosessissa (kp 1740 °C). Sen käsittely on prosessiteknisesti hankalaa:

lyijy ei pala, joten kaikki prosessin tarvitsema lämpö on tuotava prosessiin ulkopuolta.

Savukaasujen käsittely on erittäin vaikeaa, lyijy tukkii katalyyttiset savukaasujen puhdistuslaitteistot. Usein polttoprosessi johtaakin entistä suurempiin ympäristöongel­

miin.

Poltto ei ole noussut missään vaiheessa kilpailevaksi maan käsittelyvaihtoehdoksi työni kohteena olevalla kiinteistöllä, joten en käsittele tässä työssäni polttoa tämän yksityiskohtaisemmin.