Elohopealla ja lyijyllä pilaantuneen maan kunnostaminen fysikaalisin menetelmin

Abstract

Elohopea ja lyijy ovat raskasmetalleja, jotka voivat aiheuttaa maaperän pilaantumista. Jos maaperän sisältämät haitta-aineet voivat aiheuttaa vaaraa ihmiselle tai ympäristölle, maaperää tulee kunnostaa. Kunnostusmenetelmän valintaan vaikuttaa useita tekijöitä. Tässä kandidaatintyössä perehdytään eri mahdollisuuksiin elohopealla ja lyijyllä pilaantuneiden maiden kunnostamiseksi fysikaalisin menetelmin. Työn tarkoituksena on tarkastella kunnostusmenetelmien tehokkuutta, hintaa ja soveltuvuutta eri elohopea- ja lyijy-yhdisteille sekä eri maalajeille. Elohopeaa ja lyijyä löytyy ympäristöstä sekä luonnostaan että ihmisen toiminnan seurauksena. Työssä tarkastellaan myös elohopean ja lyijyn lähteitä sekä terveysvaikutuksia. Työhön on koottu myös jokaisen menetelmän hyviä ja huonoja puolia.

Elohopea on hermomyrkky, joka vaikuttaa keskushermostoon. Luonnonilmiöitä, joissa eloho peaa päätyy ympäristöön, ovat esimerkiksi tulivuorien purkaukset ja kallioiden rapautuminen. Ihmisen toiminnasta johtuvia lähteitä ovat esimerkiksi jätteenpoltto ja kaivostoiminta. Myös lyijyä löytyy luonnostaan ympäristöstä, mutta altistuminen tapahtuu yleensä ihmisen toiminnan seu rauksena ympäristöön päätyneelle lyijylle. Lyijyn lähteitä ovat esimerkiksi tetraetyylilyijyn käyttö bensiinissä ja lyijypitoisten maalien rappeutuminen. Myös lyijyakut ovat mahdollinen lyijyn lähde, jos niitä loppusijoitetaan kaatopaikoille.

Elohopea ei ole ihmiselle vaarallista alkuaineena tai epäorgaanisena yhdisteenä, mutta molemmat muodot voivat käydä läpi metyloitumisprosessin bakteerien toimesta ja muodostaa vaarallista metyylielohopeaa. Metyylielohopea on rasvaliukoista, eli se ei poistu elimistöstä ja rikastuu ruokaketjussa. Metyylielohopea on yhdistetty sydänsairauksiin ja keskushermoston kehityshäiri öihin. Lyijy on terveydelle haitallista kaikissa muodoissa, ja pienetkin pitoisuudet voivat aiheuttaa oireilua. Se ei kuitenkaan pääse kulkeutumaan ihmiselimistöön yhtä helposti kuin elohopea. Lyijy aiheuttaa hermostovaurioita, anemiaa, verenpainetautia ja munuaisten vajaatoimintaa. Sillä us kotaan olevan yhteys myös lasten älyllisen kehityksen hidastumiseen.

Tarkasteltaviksi kunnostusmenetelmiksi on valittu massanvaihto, terminen käsittely, maan pesu, elektrokineettinen menetelmä, kiinteytys ja eristäminen. Massanvaihdossa pilaantunut maa-aines siirretään loppusijoituspaikalle, kuten kaatopaikalle, ja korvataan puhtaalla maa-aineksella. Termisessä käsittelyssä maa-ainesta kuumennetaan haitta-aineiden poistoon vaadittavassa lämpötilassa. Maan pesussa maa-ainesta huuhdellaan pesuliuoksella, jotta haitta-aineet saadaan konsentroitumaan pienempään määrään maata, ja puhdas maa voidaan palauttaa alkuperäiselle paikalle. Elektrokineettisessä menetelmässä käytetään elektrolyysiä, jonka avulla raskasmetalli-ionit saadaan liikkumaan maaperässä kohti elektrodeja, joiden läheisyydestä ne voidaan kerätä talteen. Kiinteytyksessä maan sisältämät raskasmetalliyhdisteet sidotaan johonkin sideaineeseen, kuten betoniin tai bitumiin. Eristyksessä pilaantunut maa-aines eristetään muusta maasta, eli haitta-aineiden leviäminen estetään eristerakenteilla.

Kaikki tarkastellut kunnostusmenetelmät ovat sovellettavissa elohopean, lyijyn tai molempien pilaaman maan kunnostukseen. Kaikki kunnostusmenetelmät eivät kuitenkaan sovi kaikille yhdisteille. Pilaantuneen maan sisältämien yhdisteiden lisäksi kunnostettavan alueen maalaji asettaa rajoitteita kunnostusmenetelmien käytettävyyteen. Työssä tutkittiin myös, millaisiin poistotehokkuuksiin kyseisillä menetelmillä on päästy aikaisemmissa kokeissa. Termisellä käsittelyllä on päästy lähes 99 % epäorgaanisen elohopean poistotehokkuuteen 700°C:n lämpötilassa ja 83 % epäorgaanisen lyijyn poistotehokkuuteen 950°C:n lämpötilassa. Maan pesulla on päästy 84 % poistotehokkuuteen elohopealla pilaantuneen maan käsittelyssä ja 92 % poistotehokkuuteen lyijyllä pilaantuneen maan käsittelyssä. Elektrokineettisellä menetelmällä on saavutettu 60 % elohopeapitoisuuden väheneminen ja 83 % lyijypitoisuuden väheneminen. Kiinteytyksessä ja eristyksessä ei pyritä poistamaan kyseisiä raskasmetalleja maaperästä.