Pilaantuneet maa-alueet ja pohjavesi
Pilaantuneen maaperän kunnostaminen vie aikaa ja on kallista. Perinteisten puhdistustapojen rinnalle on kehitetty biologisia menetelmiä: maata puhdistetaan mikrobien ja sienten avulla.
Puhdistaminen voi tapahtua paikan päällä (in situ) tai siirtämällä pilaantunut maa-aines muualle käsiteltäväksi.
Biopuhdistuksen haasteita ovat Suomen kylmä ilmasto ja huonosti hajoavat yhdisteet.
Puhdistettavaa riittää
Suomessa on arviolta kymmeniä tuhansia kohteita, joiden maaperä on pilaantunut ja vaatii kunnostusta. Näistä iso osa on pilaantunut öljyhiilivedyillä. Esimerkiksi vanhat polttoaineasemat sekä monet pitkään toimineet bussivarikot ja autokorjaamot ovat aiheuttaneet päästöjä maaperään: vaikkei varsinaisia vuotoja tai vahinkoja olisikaan sattunut, niiden maaperästä löytyy yleensä bensiiniä, dieseliä ja voiteluöljyä.
Myös entisten sahojen ja muiden puunjalostuslaitosten maaperä on usein saastunut muun muassa kloorifenoleilla. Entisten puunkyllästämöiden maaperästä taas löytyy kreosoottia eli puunkyllästysainetta, jota on käytetty suojaamaan sähkö- ja puhelinpylväitä sekä ratapölkkyjä.
Puutarhojen ja kasvihuoneiden maaperä sisältää usein herbisidejä eli rikkakasvien torjunta-aineita, jotka voivat pilata paitsi maata, myös pohjavettä. Junaratojen varsilla tehdyt vesakkomyrkytykset ovat aiheuttaneet samantyyppisiä ongelmia.
Maaperän puhdistaminen paikan päällä - in situ
Maaperän biologiseen puhdistamiseen on käytettävissä useita menetelmiä. Niiden soveltuvuuteen vaikuttavat maaperän rakenne, sen pilanneet aineet, aineiden määrät sekä ilmasto- ja maaperäolosuhteet.
”Perinteisesti likaantuneet maamassat on kaivettu ylös ja käsitelty muualla. Polttoaineasemien bensa- ja dieselpitoiset maat on monessa tapauksessa puhdistettu biologisesti, yleensä pilaantuneen maan vastaanottokeskuksissa. Joskus puhdistus on tehty myös paikan päällä – in situ – jolloin puhdistettavasta kohteesta ei siis poisteta saastunutta maata tai vettä, vaan puhdistusteho viedään suoraan kohteeseen, esimerkiksi maan alle”, kertoo professori Martin Romantschuk Helsingin yliopiston ympäristöekologian laitokselta.
”In situ -puhdistus on joissakin kohteissa pienentänyt merkittävästi pilaantuneen maan poiskaivamisen eli massanvaihdon tarvetta, mikä on tuonut tuntuvia säästöjä. Joskus pelkkä in situ -biopuhdistus on riittänyt puhdistamaan kohteen.”
Romantschukin mukaan esimerkiksi bensiini on monesti poistettu in situ huokoskaasuimulla, ja joissakin tapauksissa diesel on saatu poistetuksi biostimulaatiolla eli mikrobitoimintaa tehostamalla. Myös bensiini ja voiteluöljy hajoavat biologisesti, mutta eivät yhtä helposti kuin diesel. Kreosootin PAH-yhdisteet (polysykliset aromaattiset hiilivedyt) hajoavat biologisesti, joskin melko hitaasti. Biostimulaatio voi nopeuttaa kreosoottipitoisen maan puhdistusta niin, ettei massanvaihto aina ole välttämätöntä.
Eräänlainen in situ -puhdistus on myös luontainen puhdistuminen, joka saattaa Romantschukin mukaan olla joskus varteenotettava mutta hidas vaihtoehto. Jos luontainen puhdistuminen etenee liian hitaasti, voidaan suorittaa aktiivista in situ -puhdistusta esimerkiksi biostimulaatiolla (ravinteiden, hapen, lämmön vieminen kohteeseen) tai bioaugmentaatiolla (mikrobien pumppaaminen kohteeseen).
”Biopuhdistus onnistuu parhaiten, jos mikrobitoiminnan pullonkaulat eli hapen ja ravinteiden puute saadaan poistettua. Monesti myös väärä happamuusaste, matala lämpötila ja tiivis maa vaikeuttavat biopuhdistusta. Jos nämä tekijät saadaan optimoitua, biopuhdistus toimii melkein aina”, Romantschuk sanoo.
”Helpointa optimointi on läpäisevässä, melko huokoisessa maassa. Tiiviin ja savisen maan käsittelyä voidaan tehostaa sähkökinetiikalla. Kehitteillä on myös biologisten ja kemiallisten käsittelyjen yhdistelmiä.”
Pilaantuneen maan puhdistaminen kompostointoimalla
Kompostointi soveltuu puhdistusmenetelmäksi öljyhiilivetyjen ja PAH-yhdisteiden käsittelyyn. Pilaantunut maa puhdistuu, kun kompostin mikrobit käyttävät haitta-aineita ravintolähteenään.
Haitta-aineiden hajoamista kompostissa voidaan tehostaa monin tavoin: ilmastamalla, lisäämällä orgaanista tukiainetta sekä muuttamalla maan kosteus, lämpötila, happamuusaste ja ravinteiden määrä mikrobien toiminnalle suotuisaksi. Myös sieniä voidaan hyödyntää kompostoinnissa, esimerkiksi sanomalehtien sisältämän hitaasti hajoavan ligniinin hajottamisessa.
Lue lisää kompostoinnista Vapon sivuilta: ”Kompostointi on monivaiheinen prosessi”
Mikrobit eivät hajota kaikkia yhdisteitä
Biopuhdistukseen kehitetään jatkuvasti uusia lupaavia menetelmiä, mutta huonosti hajoavien yhdisteiden käsittelyyn biopuhdistuksesta ei vielä ole. Esimerkiksi jätteenpoltossa syntyviä dioksiinejä ja furaaneja ei voida biohajottaa tehokkaasti.
Romantschuk on kuitenkin toiveikas: ”Mahdollisuuksia saattaa löytyä biologisen ja kemiallisen prosessin yhdistelmällä tai vuorottelulla sekä valkolahottajasienten entsyymien käytöllä. Selkeitä tuloksia ei kuitenkaan ole.
Suomessa haastavat olosuhteet biopuhdistukselle
Biopuhdistus, varsinkin in situ, on haasteellista Suomen kaltaisissa kylmissä olosuhteissa. Bioprosessi etenee kylmässäkin, mutta on verrattain hidas. Toisaalta maan sisässä olosuhteet ovat melko vakaat.
”Erilaisten in situ -puhdistusmenetelmien tehoa voi nopeuttaa ratkaisevasti nostamalla maan lämpötilaa. Sähköisesti tai lämpimällä ilmalla tai höyryllä se on mahdollista, eikä energian hinta ainakaan toistaiseksi ole ollut liian korkea.”
Sienistä apua hankalien yhdisteiden hajottamiseen
Sienet soveltuvat sekä orgaanisilla että epäorgaanisilla yhdisteillä pilaantuneiden kohteiden puhdistukseen.
”Sienet sopivat erityisesti kaikkein hankalimmille yhdisteille, koska niitä ei välttämättä saa hajotettua bakteerien ja maan luontaisten sekapopulaatioiden avulla. Sienet pystyvät hajottamaan hyvin suuriakin molekyylejä, koska ne erittävät entsyymit solun ulkopuolelle – molekyyliä ei siis tarvitse kuljettaa solun sisään”, kuvailee ympäristöasiantuntija Riina Rantsi Niska-Nyyssönen Oy:stä (sittemmin Soraset Infra Oy). ”Monet sienet sietävät myös korkeita raskasmetallipitoisuuksia, joten ne soveltuvat kohteisiin, joissa on sekä orgaanisia että epäorgaanisia pilaavia yhdisteitä.”
Rantsin mukaan biopuhdistukseen soveltuvat parhaiten kantasienten (Basidiomycota) valkolahoa tuottavat sienet. Ne hajottavat puun ligniiniä epäspesifisillä entsyymeillä. Entsyymeillä on kyky hajottaa myös muita orgaanisia yhdisteitä, muun muassa vaikeasti hajoavia ja maata pilaavia POP-yhdisteitä. Lisäksi kantasienet tuottavat itiöitä vain itiöemillään – toisin kuin kotelosienet (Ascomycotina) – joten ne ovat parempia myös työsuojelusyistä.
Biopuhdistuksessa sienirihmaa lisätään maahan kantaja-aineen mukana. Kantaja-aine eli substraatti toimii myös sienen ravintona, sillä pilaavista yhdisteistä sieni ei saa ravintoa. Kantaja-aineeksi soveltuvat erilaiset lignosellu-loosamateriaalit, kuten olki, puuhake ja kaarna.
”Parhaimmillaan kantaja-aine olisi myös selektiivinen, eli se soveltuisi hyvin toivotulle sienelle, mutta olisi haitallinen muille mikrobeille. Tällainen materiaali on esimerkiksi männyn kaarna, joka sisältää monille mikrobeille myrkyllisiä tanniineja”, Rantsi kertoo.
Biopuhdistuksessa on myös mahdollista käyttää sienen kasvatuslientä sen jälkeen, kun sienirihma on suodatettu siitä pois. Tällaista entsyymipitoista nestettä voidaan levittää maahan samaan tapaan kuin erilaisia ravinneliemiä.
Entä mitkä ovat tulevaisuuden näkymät sienten käytössä?
"Odotukseni ovat suurimmat kohteissa, joissa puhdistuksen aikataulu on joustava, pilaavat yhdisteet ovat hitaasti ja hankalasti hajoavia ja aiheuttavat suuren riskin levitessään ympäristöön. Nämä kohteet on joka tapauksessa puhdistettava ja sieniä käyttämällä kustannukset voidaan pitää kurissa”, Rantsi sanoo.
Lue Helsingin yliopiston tiedote sienten käytöstä maan puhdistuksessa >>>
Uusia menetelmiä sedimenttien puhdistukseen
Vesistöjen kunnostustöiden tai vanhojen lietealtaiden kunnostamisen yhteydessä ruopatut sedimentit ovat Suomessa kasvava jätelaji. Orgaanisilla tinayhdisteillä pilaantuneita sedimenttejä esiintyy yleisesti satama-alueilla ja pienvenesatamissa.
Sito-rakennuttajat Oy ja SOILREM Oy ovat yhdessä kehittäneet organotinayhdisteillä pilaantuneille järvi- ja merisedimentille soveltuvaa biologista käsittelymenetelmää.
”Satamien päähaitta-aineita ovat veneiden ja laivojen pohjamaaleissa käytettävä, kasvien ja pieneliöiden kiinnittymistä estävä tributyylitina (TBT) sekä erilaiset metallit. Näiden puhdistaminen sedimenttimassasta on hankalaa. Ruopatessa massat sekoittuvat siten, että maalla tutkittaessa ne vaikuttavat puhtailta eli haitta-aineita ei tahdo löytyä”, sanoo toimialajohtaja Anton Palolahti Sito-rakennuttajat Oy:sta.
Erilaiset käsittely- ja hyötykäyttömenettelyt mahdollistaa geotuubi-teknologia, jota Palolahti on ollut tuomassa Suomeen. Teknologian avulla saadaan sedimentin vesi ja kuiva-aines erotettua toisistaan. Sen jälkeen kuiva-aines on mahdollista puhdistaa esimerkiksi mikrobien avulla kompostoimalla, ja vesi voidaan palauttaa takaisin vesistöön. Menetelmää voidaan soveltaa myös liettyneiden järvien kunnostukseen.
Biopuhdistus soveltuu myös pohjavedelle
Lue lisää >>>
”Vuonna 2020 maaperän puhdistamiseen ja ennallistamiseen on käytössä uutta ja kustannustehokasta biomenetelmiä hyödyntävää kunnostusteknologiaa.”
Bioteknologia 2020 – hyvinvointia suomalaisille
-raportti (TEM)