Jätteenpolton tuhkien käsittelytekniikoiden ympäristövaikutukset

Jätteenpoltossa syntyvät tuhkat sisältävät paljon haitta-aineita, joiden vuoksi niitä ei yleensä voida suoraan sijoittaa kaatopaikoille. Käsittelyllä pyritään parantamaan tuhkien ominaisuuksia ja vähentämään haitta-aineiden liukoisuutta. Samalla kuitenkin käsittely kuluttaa raaka-aineita ja energiaa sekä aiheuttaa päästöjä. Tuhkien käsittelyn kokonaishyötyjä ja -haittoja ympäristön kannalta arvioitaessa tulisikin ottaa huomioon sekä käsiteltävän tuhkan parantuneet ominaisuudet että käsittelystä aiheutuneet ympäristökuormitukset. Tämän diplomityön tavoitteena oliselvittää jätteenpolton tuhkien käsittelystä aiheutuvia ympäristövaikutuksia tarkastelemalla esimerkinomaisesti neljää erilaista käsittelytekniikkaa (pesua, sementtikiinteytystä, Ferrox-prosessia ja vitrifiointia) sekä kahta muuta loppusijoitusvaihtoehtoa (mahdollisuutta sijoittaa tuhkat kaatopaikalle ilman käsittelyä ja kuljettamista Norjassa sijaitsevalle käsittely- ja loppusijoituslaitokselle). Tarkastelussa keskityttiin jätteenpolton ongelmallisimpiin tuhkajakeisiin, lentotuhkaan ja savukaasujen puhdistusjätteisiin eli APC-jätteisiin. Tavoitteena oli selvittää käsittelyvaihtoehdoista syntyvät ympäristökuormitukset ns. koko niiden elinkaaren ajalta, eli huomioiden käsittelyyn tarvittavien lisäaineiden valmistuksesta, itse käsittelyprosessista sekä loppusijoituksesta aiheutuvat kuormitukset. Tarkastelun perusteella eri käsittelyvaihtoehdot aiheuttavat hyvin erilaisia ja erisuuruisia ympäristökuormituksia. Lisäksi käsitellyn materiaalin ominaisuudet vaihtelevat huomattavasti käsittelytavasta riippuen. Tarkastelluista käsittelyvaihtoehdoista suurimmat ympäristökuormitukset ilmapäästöjen osalta aiheutuivat tyypillisesti joko käsittelyyn tarvittavien raaka-aineiden valmistuksesta tai itse käsittelyprosessin energiankulutuksesta. Loppusijoituksesta sen sijaan aiheutui ympäristöhaittoja kaatopaikkarakenteiden muodostamisesta sekä maaperään vapautuvista haitta-aineista, joiden määrä riippuu tuhkan käsittelyn tehokkuudesta.

Käytetyn ydinpolttoaineen kapselointilaitoksessa muodostuvat radioaktiiviset jätteet

Tässä työssä ontarkasteltu käytetyn ydinpolttoaineen kapselointilaitoksessa muodostuvia radioaktiivisia jätteitä. Kapselointilaitos rakennetaan Olkiluotoon joko Olkiluodon ydinvoimalaitoksen käytetyn ydinpolttoaineen välivaraston yhteyteen tai loppusijoituslaitokseen kytkettynä laitoksena. Työssä on otettu huomioon molemmat vaihtoehdot ja niiden eroavaisuudet prosessien ja jätemäärien osilta. Kaikki jäte, joka muodostuu kapselointilaitoksen valvonta-alueella, luokitellaan radioaktiiviseksi jätteeksi. Radioaktiivisia jätteitä muodostuu, kun käytetystä ydinpolttoaineesta irronneet radioaktiiviset aineet kontaminoivat laitoksen rakenteita ja laitteita. Muodostuvat radioaktiiviset jätteet kiinteytetään ja sijoitetaan loppusijoitustilan yhteyteen rakennettavaan käyttö- ja käytöstäpoisto-jäteluolaan. Hyvin vähäaktiivinen jäte voidaan vapauttaa valvonnasta aktiivisuusmittauksen jälkeen. Radioaktiivisia jätteitä muodostuu kapselointilaitoksen toiminnan aikana vähäisiä määriä verrattuna ydinvoimalaitoksiin. Vertailtaessa molempien kapselointilaitosvaihtoehtojen radioaktiivisten jätteiden määriä, ainoastaan loppusijoitettavan nestemäisten jätteiden määrässä on eroa.

Hiilijalanjäljen laskeminen purku- ja korjausrakentamiskohteille

Tämä opinnäytetyö on tehty yhteistyössä Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja Enviroc Oy:n kanssa. Työn tarkoituksena on ollut kehittää suomalaisiin olosuhteisiin soveltuva laskentamalli purku- ja korjausrakentamiskohteiden hiilijalanjäljelle. Kehitettyä mallia voi käyttää yrityksessä lainsäädännön vaatimusten noudattamisen todentamiseen sekä purku- ja korjausrakentamiskohteiden toimintatapojen vertailuun. Työssä käsitellään purku- ja korjausrakentamiskohteiden hiilijalanjälkeen vaikuttavia asioita, joita ovat työmaan energiankulutus sekä syntyvien jätteiden lajittelu, kuljetukset, käsittely ja hyödyntäminen tai loppusijoitus. Laskentamalli on kehitetty laskemalla esimerkkikohteille hiilijalanjäljet elinkaarimallintamisen avulla. Työssä on tarkasteltu myös vaihtoehtoisia jäteskenaarioita sekä laskentamallin luotettavuutta. Työn lopputuloksena on saatu kolmen eri kokoluokan esimerkkikohteen hiilijalanjäljet ja laskentamallin periaatekaaviot. Jätteiden toimituspisteiden ja jätejakeiden kulkureittien vaihtelevuuden sekä eri kohteista muodostuvien erityyppisten jätejakeiden johdosta yhden kokonaisvaltaisen laskentamallin kehittäminen on haasteellista. Myös tietojen hankinta kohteista ja jatkokäsittelyistä ja etenkin primääritietojen saaminen on ongelmallista. Tämänhetkinen laskentamalli perustuu enimmäkseen sekundääritietoihin ja arvioihin, joten mallin luotettavuuden lisäämiseksi olisi panostettava primääritiedon määrän lisäämiseen. Laskennan perusteella jäteskenaariovaihtoehdoista lajitteleva toimintamalli osoittautui hiilijalanjäljen kannalta suotuisimmaksi pienemmissä kohteissa ja käsittelylaitospainotteinen malli suuressa kohteessa. Merkittäviä tekijöitä kohteiden hiilijalanjälkien muodostumiselle olivat metallien käsittely, jätteiden poltto sekä neitsytraaka-aineista valmistetun teräksen ja fossiilisten polttoaineiden vältetyt päästöt. Merkittävimmiksi kasvihuonekaasuiksi purku- ja korjausrakentamiskohteiden laskennassa osoittautuivat hiilidioksidin lisäksi halogenoidut hiilivedyt ja metaani.

Kuivajätehuollon hiilijalanjälki ja kustannukset sekä kuljetusten kilpailutus – Etelä-Karjalan aluekeräyspisteverkoston päivitys

Tutkimuksen tavoitteena oli yhtenäistää Etelä-Karjalan alueen erilaisia tapoja toimia alueke-räyksen suhteen. Aluekeräyksellä tarkoitetaan jätteiden keräystä pisteiltä, joihin kotitaloudet, jotka eivät kuulu kiinteistökohtaiseen keräykseen, voivat tuoda syntypaikkalajitellun kuiva- eli sekajätteensä. Tavoitteena oli myös saada tietoa siitä, minkälaiset ovat eri kuivajätehuoltovaihtoehtojen ilmastonmuutos- ja kustannusvaikutukset. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, miten ympäristönäkökohdat voidaan ottaa huomioon kuljetuskilpailutuksissa. Tutkimuksessa kerättiin tietoa internetistä, opinnäytetöistä ja tieteellisistä artikkeleista sekä yritysten edustajilta. Kasvihuonekaasupäästöjen laskennassa hyödynnettiin GaBi 6.0 -elinkaariarviointiohjelmaa. Tutkimuksen perusteella aluekeräyspisteet kannattaa sijoittaa reiteille, joita asukkaat käyttävät vähintään kerran viikossa ja mitkä ovat optimaalisesti myös kuljetusurakoitsijan kannalta. Taajama-alueelle ei nähty suositeltavaksi sijoittaa aluekeräyspisteitä. Suositeltavina astioina aluekeräyspisteille nähtiin syväkeräyssäiliöt, joiden tyhjennys onnistuu samalla keräyskalustolla kuin kiinteistöjen jäteastioiden, kun ajoneuvo on varustettu puominosturilla. Suositeltavaksi nähtiin myös harventaa jäteastioiden talvityhjennystiheyksiä, jos tyhjennystiheys on vakio ympäri vuoden, sillä pääosa aluekeräyspisteiden käyttäjistä on loma-asukkaita. Tyhjennystiheyksien harvennuksella olisi mahdollista saavuttaa kustannussäästöjä. Tutkimuksessa laskettiin kuivajätteen elinkaarenaikaisia kasvihuonekaasupäästöjä kuivajätteen keräyksestä loppusijoitukseen ja energiahyötykäyttöön. Energiahyötykäyttökohteiksi valittiin Riihimäen, Kotkan sekä Leppävirran (suunnitteilla) jätteenpolttolaitokset. Tulosten pohjalta kuivajätteen energiahyötykäyttö oli loppusijoitusta selkeästi parempi vaihtoehto. Kuivajätteen keräys- ja kuljetuspäästöjen vaikutus oli pieni. Kuivajätteen kuljetusmatkan pituus jätteenpolttolaitokselle ei ole siis ratkaisevassa roolissa kokonaiskasvihuonekaasupäästöjä tarkasteltaessa. Etäisyyttä suurempi vaikutus onkin kuivajätteen koostumuksella, polttolaitosten vuosihyötysuhteilla ja korvattavilla polttoaineilla. Jatkossa suositellaan selvittämään vielä vaihtoehtoisia käsittelytapoja kuivajätteen sisältämälle sekamuovijakeelle, jonka poltosta aiheutuu merkittävä osuus (noin 74 %) kuivajätteen polton kasvihuonekaasupäästöistä. Ajankohtaisia kuljetuskilpailutuksia varten tarkasteltiin vielä tarkemmin keräys- ja kuljetuspäästöjä. Tulosten pohjalta havaittiin, että keräys- ja kuljetuspäästöjä on mahdollista vähentää reilusti (46–74 %) siirtymällä dieselistä biopolttoaineiden käyttöön. Tuloksiin vaikuttaa kuitenkin merkittävästi, minkälaisista raaka-aineista biopolttoaineet on valmistettu. Kuivajätteen keräyspäästöjä on mahdollista pienentää myös päivittämällä aluekeräyspisteverkostoa. Tutkimuksessa tarkasteltiin kustannuksia aluekeräyspisteiden astioiden uusinnasta tai korjauksesta kuivajätteen loppusijoitukseen tai energiahyötykäyttöön asti. Merkittävimmät kustannukset aiheutuivat kuivajätteen loppusijoituksesta, energiahyötykäytöstä sekä keräyksestä. Kustannusten näkökulmasta keräyksen rooli oli siis suurempi. Työn lopussa annettiin vielä vinkkejä, joiden avulla jätehuoltoyritykset voivat tehdä jätekuljetushankintoja ympäristönäkökohdat huomioiden. Usein selkein tapa huomioida ympäristönäkökohdat kuljetuskilpailutuksissa on asettaa riittävän tiukkoja pakollisia vaatimuksia, jolloin voi valita hinnaltaan halvimman vaihtoehdon. Kuljetuspalvelun hankinnassa tulee huomioida ainakin energiankulutus, hiilidioksidi-, typenoksidi-, hiilivety- ja hiukkaspäästöt. Lainsäädäntö ei määrää vähimmäistasoja, vaan hankintaa tehdessä kannattaa kartoittaa markkinatilanne, jotta vaatimukset osaa asettaa oikealle tasolle. Markkinoille kannattaa myös tiedottaa tulevaisuuden tarpeista ja suunnitelmista. Suuria hankintakokonaisuuksia suositellaan pilkottavan pienempiin osiin, jotta pienet ja keskisuuret yritykset pystyvät myös osallistumaan tarjouskilpailuihin. Kannustus innovaatioiden huomioimiseen hankinnoissa on lisääntynyt myös jätehuollon alalla. Selvitettyjen kasvihuonekaasupäästöjen perusteella oli merkille pantavaa, miten suuri vaikutus polttolaitoksen valinnalla oli kasvihuonekaasupäästöihin. Oleellista onkin huomioida ympäristönäkökohdat myös energiahyötykäyttökohdetta valittaessa.

Suljetun jätetäytön kaatopaikkavesien käsittelyvaihtoehtojen vertailu

Hajoaminen kaatopaikalla tapahtuu fysikaalisten, kemiallisten ja biologisten prosessien avulla. Nämä prosessit voivat kestää vuosista jopa vuosikymmeniin. Näiden prosessien kehittymistä ajan saatossa kuvataan jätetäytön eri hajoamisvaiheiden avulla. Kaatopaikan eri toiminnoista syntyvät vesivirrat ovat laadultaan ja määrältään hyvin erilaisia. Suotovesi syntyy jätetäytön läpi suotautuvasta vedestä ja on yleisesti ottaen suurin kaatopaikkavesien kuormituksen aiheuttaja. Suotoveden sisältämien pitoisuuksien tiedetään laskevan kun jätteen loppusijoitus on lopetettu ja kun jätetäyttö on suljettu pintarakentein. Mitä pidemmälle jätetäytön hajoaminen on edennyt, sitä pienemmät suotoveden pitoisuudet ovat. Hyvä käytäntö on erottaa erityyppiset kaatopaikkavedet toisistaan ja käsitellä ne niiden vaatimalla tavalla. Diplomityön tarkoitus on löytää ympäristöystävällisin ja taloudellisin keino suljetun jätetäytön suotovesien sekä muiden vähintään yhtä laimeiden kaatopaikkavesien käsittelemiseksi. Vertailtavia käsittelymenetelmiä ovat kunnallisella jätevedenpuhdistamolla ja juurakkopuhdistamolla käsittely. Työn tulos on, että eri tyyppisillä juurakkopuhdistamoilla voidaan tehokkaasti käsitellä kaatopaikkavesiä. Empiirisen osan tarkastelu osoittaa, että hyvin pienien haitta-aine- ja ravinnepitoisuuksien käsittelyssä juurakkopuhdistamo on ympäristöystävällisempi sekä taloudellisempi kunnalliseen jätevedenpuhdistamoon verrattuna.

Kaivinkonekuoppa-aineistot osana ydinjätteen loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuutta, OL-KK25 ja 26 koekuoppien maaperän geokemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet

Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus Olkiluodon kallioperään edellyttää kattavaa turvallisuusarviointia. Turvallisuusarviointi koostuu monista osista, joista yksi on biosfääriarviointi. Sen tavoitteena on selvittää mahdollisten säteilyannosten määriä ihmisille ja muulle luonnolle. Annosarvioinnin edellytyksenä on tuntea Olkiluodon paikalliset olosuhteet ja mahdolliset kehityskulut. Yksi keskeinen osa biosfääriarviointia on mallintaa radionuklidien kulkeutumista kallioperästä maanpinnalle. Kulkeutumisen kannalta on olennaista tuntea maaperän ominaisuudet, koska maaperä toimii rajapintana kallioperän ja elävän luonnon välillä. Tässä tutkimuksessa selvitettiin Olkiluodon saarelle tehtyjen koekuoppien OL-KK25-26 maaperän geokemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia sekä alkuaineiden in situ jakaantumiskertoimia (Kd). Jakaantumiskertoimilla selvitetään alkuaineiden ja radionuklidien liikkuvuutta erilaisissa ympäristöissä. Tässä tutkimuksessa keskityttiin käytetystä ydinpolttoaineesta löytyviin analogisiin alkuaineisiin (Ag, Cl, Cs, I, Mo, Nb, Ni, Pb, Se, Sn ja Sr), jotka ovat turvallisuusarvioinnin kannalta kaikkein tärkeimpiä. Kd – arvot laskettiin alkuaineiden konsentraatioista, jotka mitattiin maanäytteistä kahdella erilaisella uuttomenetelmällä. Heikkoliukoisten ja kasvien saatavilla olevien alkuaineiden konsentraatiot määritettiin NH4Ac (pH 4,5) uutolla ja kokonaispitoisuudet HNO3-HF uutolla sekä LiBO2- fuusiolla. Lisäksi näytteistä maaritettiin maalajit ja niiden raekokojakaumat, orgaaninen aines (LOI), pH, liuennut orgaaninen ja epäorgaanin hiili, pääanionit, mineraalikoostumus, kationinvaihtokapasiteetti (CEC) sekä emäskylläisyys (BS). Koekuopista määritetyile Kd – arvoille ja muille muuttujille tehtiin lopuksi korrelaatioanalyysit, joilla pyrittiin löytämään alkuaineiden liikkuvuuteen eniten vaikuttavia tekijöitä. Maaperää Olkiluodossa voidaan pitää hyvin heterogeenisenä, koska hyvin lähellä toisiian sijainneissa koekuopissa niin maalajit kuin muut ominaisuudet vaihtelivat runsaasti. Myös ominaisuudet eri maakerroksissa vaihtelivat merkittävästi. Alkuaineiden konsentraatioiden sekä Kd - arvojen muutokset olivat voimakkaasti yhteydessä maalajityyppeihin. Merkittävimmin Kd - arvoihin vaikuttivat mineraalikoostumus, savipitoisuus ja raekoko. Muita konsentraatioihin ja jakaantumiskertoimiin vaikuttavia muuttujia olivat orgaanisen aineksen määrä sekä pH. Lisäksi tietyillä, luonnossa pääasiassa anionisilla, alkuaineilla korrelaatiot olivat heikompia tai päinvastaisia kuin muilla aineilla. Tutkimuksen tulokset lisäävät ymmärrystä maaperän ominaisuuksien ja alkuaineiden liikkuvuuden riippuvuuksista. Tuntemalla maaperän ominaisuudet ja alkuaineiden Kd - arvot sekä niiden väliset riippuvuudet, voidaan radionuklidien kulkeutumista kallioperästä maanpinnalle arvioida entistä luotettavammin. Tutkimuksessa tuotettuja tuloksia ja aineistoja hyödynnetään myös pintaympäristön ekosysteemien ja maaperän mallinnuksissa.