Pintamaan poiston päästöt

Tämä sivu on tietokide alatyypiltään metodi. Sivutunniste: Op_fi3351
Moderaattori:Tkauppil (katso kaikki) Sivun edistyminen: Täysluonnos. Arvostuksen määrää ei ole arvioitu (ks. peer review).
Lisää dataa {{#opasnet_base_link:Op_fi3351}}

Kysymys

Kaivosta perustettaessa ja laajennettaessa joudutaan usein poistamaan runsaasti pintamaata. Pintamaan poistamistyö aiheuttaa pölyämisvaikutuksia, joiden määrää tulee arvioida. Selvitettävä kysymys on pintamaan poistosta syntyvän mineraalipölyn määrä. Pintamaan käsittelyssä käytettävien työkoneiden pakokaasupäästöjä käsitellään muualla.

Vastaus

+ Näytä koodi - Piilota koodi

library(OpasnetUtils)
library(ggplot2)

objects.latest("Op_fi3351", "alustus")

pintamaapäästö <- EvalOutput(pintamaapäästö)

# oprint(pintamaapäästö)

ograph(pintamaapäästö, x = "Hiukkaskoko")

Perustelut

Kansainvälisissä esimerkeissä kaivostoiminnan päästöjen arvioimisesta on yleensä esitetty erikseen kaivosta avattessa tehtävän maanpoiston pölyämisvaikutusten arviointi. Osittain tästä syystä rakentamisvaiheen maansiirtotöiden pölyvaikutusten arviointi on otettu mukaan myös MINERA-hankkeessa. Kansainvälisissä esimerkeissä kyseessä on tyypillisesti loivakaateisten, laajoja alueita käsittävien esiintymien kuten hiilikerrosten louhinta. Tällaisissa tapauksissa esiintymän päällä voi olla vain ohuelti suhteellisen huonosti konsolidoitunutta materiaalia, jota voidaan käsitellä puskutraktorilla. Useimmat arviointitavat maanpoistosta esittävätkin puskutraktorityöskentelyn pölyämisvaikutusten arviointimenetelmiä. Suomen oloissa kaivoksen rakentamisvaiheessa joudutaan usein poistamaan suhteellisen tiivistä moreenia, jolloin puskutraktorityöskentely soveltuu huonosti tarkoitukseen. Tällöin pölypäästöjen arvioinnissa voidaan käyttää esimerkiksi kauhakuormaajatyöskentelyn päästökertoimia. Puskutraktorityöskentelyn kertoimia voidaan puolestaan soveltaa esimerkiksi jäte- ja varastokasojen muotoilemisen pölyvaikutuksia arvioitaessa.

Puskutraktorityöskentelyn pölyämisvaikutuksen laskentakaavoissa muuttujina ovat irrotettavan aineksen silttipitoisuus ja kosteusprosentti (Mojave Desert Air Quality Management District, Antelope Valley Air Pollution Control District 2000; Commonwealth of Australia, 2011; USEPA, 1998). Näiden avulla lasketaan päästökerroin työskentelytuntia kohti, joten kokonaispölypäästön laskennassa käytetään myös työskentelytuntien määrää. Puskutraktorityöskentelylle on myös annettu konservatiiviset, aineksen laadusta riippumattomat päästökertoimet työskentelytuntia kohti (Mojave Desert Air Quality Management District, Antelope Valley Air Pollution Control District, 2000). Nämä kertoimet vaihtelevat välillä 440 kg/h TSP ja 65 kg/h PM2.5 ja ovat siten huomattavasti suuremmat kuin keskimääräisen silttipitoisuuden ja kosteusprosentin perusteella lasketut päästöt.

Suomessa puskutraktorityöskentely voi tulla kaivoksen rakentamisvaiheessa kyseeseen joidenkin kaivoskohteen apualueiden raivaamisessa tai maan pintaosan eloperäisen aineksen poistamisessa. Laajemmat maansiirtotyöt, joiden tarkoituksena on poistaa irtomaakerros louhittavan esiintymän tai vinotunnelien päältä tehdään kuitenkin useimmiten kaivamalla ja kuljettamalla maamassat varastokasoihin tai suoraan hyötykäyttöön kuorma-autoilla tai kaivoskuorma-autoilla. Tällaisessa tapauksessa rakentamisvaiheen pölypäästöjä voidaan arvioida yhdistämällä kauhakuormaajalastauksen, maamassojen kuorma-autolla tapahtuvan siirtämisen ja ainesten purkamisen auton lavalta aiheuttamat arvioidut päästöt. Mikäli maa-aineksen irrottaminen kaivinkoneella halutaan arvioida erikseen, voidaan siinä tällä tietoa käyttää esimerkiksi kauhakuormaajalastauksen ominaispäästöä.

Kauhakuormaajalastauksen sekä lavalta purkamisen ominaispäästöluvut perustuvat käsitellyn aineksen määrään. Aineksen siirto kuorma-autolla voidaan arvioida päällystämättömän teollisuusalueen tien pölyämisen arviointimenetelmällä, jossa parametreina ovat tien pinnan silttipitoisuus ja ajoneuvon paino (lastattuna ja tyhjänä paluumatkalla) ja muuttujana ajettu matka (USEPA 2006).

Tämä kaava koskee vain pintamaan irrotusta esimerkiksi puskutraktorilla eikä ota huomioon irrotetun materiaalin lastaamista, pois kuljettamista ja uudelleen purkamista varastokasoihin. Nämä toiminnot pitää arvioida erikseen ja lisätä pölypäästöön.

Laskenta tehdään siis työtuntien perusteella:

jossa

E = Hiukkaspäästö kokonaistyöskentelyajassa

EF = Päästökerroin työskentelytuntia kohti

T = Työskentelytuntien määrä

Commonwealth of Australia (2011) ja USEPA (1998) esittävät seuraavat laskentatavat puskutraktorityöskentelyn päästökertoimille. Samaa yhtälöä esittää myös Mojave (Mojave Desert Air Quality Management District, Antelope Valley Air Pollution Control District 2000), joskin eri parametrien arvoilla.

jossa

s = Keskimääräinen silttipitoisuus (%)

M = Keskimääräinen kosteusprosentti (%)

Data

Päästökerroinparametrit(kg /h)
Obs	Hiukkaskoko	Lähde	k	a	b
1	TSP	CoA,USEPA	2.6-2.7	1.2	1.3
2	PM10	CoA,USEPA	0.34	1.5	1.4
3	PM2.5	CoA,USEPA	0.273	1.2	1.3
4	TSP	Mojave	0.925	1.5	1.4
5	PM10	Mojave	0.36	1.5	1.4
6	PM2.5	Mojave	0.1375	1.5	1.4

Pintamaan irrotukselle (puskutraktorityöskentelylle) on ilmoitettu suoraan myös konservatiiviset päästökertoimet työskentelytuntia (Mojave2)^[1] tai käsiteltyä materiaalimäärää (NPI) ^[2] kohti:

Päästökerroin(kg /h)
Obs	Hiukkaskoko	Lähde	Yksikkö	Päästökerroin
1	TSP	Mojave2	kg /h	440-450
2	PM10	Mojave2	kg /h	215
3	PM2.5	Mojave2	kg /h	65
4	TSP	NPI	kg /ton	0.025
5	PM10	NPI	kg /ton	0.012

--#: Lähtötietoihin on lisätty hitunen epävarmuutta, jotta malli laskisi probabilistisesti. Tämä on tärkeää, koska joka tapauksessa joudutaan arpomaan kolmen eri lähestymistavan välillä. --Jouni Tuomisto 4. huhtikuuta 2013 kello 17.05 (EEST)

Karkea arviointi avolouhoksen louhintamäärän perusteella

WRAP Fugitive Dust Handbook (2006) kappale 11 käsittelee mineraaliteollisuutta. Kyseisessä käsikirjassa käytetään US EPA:n kuparikaivoksille laatimaa arviointikaavaa PM10 päästöille. Siinä avolouhoksen pintamaan poiston päästökerroin on 0,00015 kg /t käsiteltyä malmia (0,15 g/ t). Ymmärrettävästi tällainen arviointi on hyvin karkea, koska kaivokset poikkeavat huomattavasti toisistaan, myös avolouhosten kesken. Tätä laskentatapaa ei kuitenkaan käytetä Minera-mallissa.

Avolouhoksen päästökerroin(kg /ton)
Obs	Hiukkaskoko	Päästökerroin
1	PM10	0.00015

Laskenta

+ Näytä koodi - Piilota koodi

library(OpasnetUtils)

# päästökerroin.avolouhos <- Ovariable(name = "päästökerroin.avolouhos", ddata = "Op_fi3351.avolouhoksen_paastokerroin")

pintamaapäästökerroinRaw <- Ovariable(name = "pintamaapäästökerroinRaw", ddata = "Op_fi3351.paastokerroin")

pintamaaparametrit <- Ovariable(
	name = "pintamaaparametrit", 
	ddata = "Op_fi3351.paastokerroinparametrit", 
	getddata = FALSE
)

pintamaa.k <- new("ovariable", name = "pintamaa.k", dependencies = data.frame(Name = "pintamaaparametrit"), 
	formula = function(dependencies, ...) {
		ComputeDependencies(dependencies, ...)

		out <- pintamaaparametrit@output
		out <- out[out$Parametri == "k", colnames(out) != "Parametri"]
		colnames(out)[colnames(out) == "pintamaaparametritResult"] <- "pintamaa.kResult"

		return(out)
	}
)

pintamaa.a <- new("ovariable", name = "pintamaa.a", dependencies = data.frame(Name = "pintamaaparametrit"), 
	formula = function(...) {

		out <- pintamaaparametrit@output
		out <- out[out$Parametri == "a", colnames(out) != "Parametri"]
		colnames(out)[colnames(out) == "pintamaaparametritResult"] <- "pintamaa.aResult"

		return(out)
	}
)

pintamaa.b <- new("ovariable", name = "pintamaa.b", dependencies = data.frame(Name = "pintamaaparametrit"), 
	formula = function(...) {

		out <- pintamaaparametrit@output
		out <- out[out$Parametri == "b", colnames(out) != "Parametri"]
		colnames(out)[colnames(out) == "pintamaaparametritResult"] <- "pintamaa.bResult"

		return(out)
	}
)

pintamaapäästökerroin <- new("ovariable", name = "pintamaapäästökerroin",
	dependencies = data.frame(Name = c(
		"pintamaa.k", 
		"pintamaa.a", 
		"pintamaa.b", 
		"pintamaasilttipitoisuus", 
		"pintamaakosteusprosentti", 
		"pintamaapäästökerroinRaw", 
		"pintamaatyötunnit"
	)),
	formula = function(...) {

		# Laskettu päästökerroin

		EF1 <- pintamaa.k * pintamaasilttipitoisuus^pintamaa.a / pintamaakosteusprosentti^pintamaa.b

		#Konservatiivinen päästökerroin perustuen työtuntikohtaiseen päästökertoimeen

		EF2 <- pintamaapäästökerroinRaw@output
		EF2 <- EF2[EF2$pintamaapäästökerroinRawYksikkö == "kg /h", colnames(EF2) != "Yksikkö"]
		colnames(EF2)[colnames(EF2) == "pintamaapäästökerroinRawResult"] <- "Result"

		out <- orbind(EF1, EF2)

		return(out)
	}
)

pintamaapäästö <- new("ovariable", name = "pintamaapäästö", 
	dependencies = data.frame(Name = c("pintamaapäästökerroin", "pintamaatyötunnit")),
	formula = function(...) {

		pintamaapäästökerroin <- CollapseMarginal(pintamaapäästökerroin, cols = c("Lähde"))

		out <- pintamaapäästökerroin * pintamaatyötunnit / 1000 # kg -> ton

		removecols <- c(
			"pintamaaparametritSource", 
			"pintamaa.kResult", 
			"pintamaa.kSource", 
			"pintamaa.aResult", 
			"pintamaa.aSource", 
			"pintamaa.bResult", 
			"pintamaa.bSource", 
			"pintamaapäästökerroinResult", 
			"pintamaapäästökerroinRawSource", 
			"pintamaapäästökerroinSource"
		)

		out@output <- out@output[ , !colnames(out@output) %in% removecols]

		return(out)
	}
)

objects.store(
#	päästökerroin.avolouhos,
	pintamaapäästökerroinRaw,
	pintamaaparametrit,
	pintamaa.k,
	pintamaa.a,
	pintamaa.b,
	pintamaapäästökerroin,
	pintamaapäästö
)

cat("Ovariablet pintamaapäästökerroinRaw, pintamaaparametrit, pintamaa.k, pintamaa.a, pintamaa.b, pintamaapäästökerroin, pintamaapäästö tallennettu.\n")

Katso myös

**Minera-malli: Ohjeistusta kaivostoiminnan ympäristö- ja terveysriskien arviointiin.**
Osa linkeistä vie ohjeistuksiin eri vaikutusarvioinnin osien tekemisestä, osa taas **valmiisiin laskentamalleihin** (lihavoitu).
Kaivostoiminta	Kohdekohtaisen arvioinnin esimerkkisivu · Rikastus · Kaivosprosessit
Pölyn ja hiukkasten päästöt	Pöly (ohje) · Lähteet · Pintamaan poisto! · Tarvekivi ! · Louhinta ! · Murskaus · Lastaus ja pudotus · Kuljetuksen pakokaasupäästöt! · Kuljetuksen pölypäästöt! · Työkoneet · Hihnakuljetus · Energiantuotanto · Polttomoottorit! · Sähköntuotanto ! · Boilerit ! · Varastointi · Kaivannaisjäte · Sivukivi · Rikastushiekka
Muut päästöt	Haju · Kaasut · Typpi · Säteily! · Tärinä · Jätevesi · Varastoinnin vesipäästö · Mallinnusohjelmat · Rikastuskemikaalipäästöt · Melu
Pitoisuus ympäristössä	Pohjavesi · Pintavesi · Kulkeutuminen vedessä! · Sedimentit · Sedimentit (mittaukset) · Sedimentit (huokosvedet) · Maaperä! · Maaperän terveysriskinarvio
	Ihmiset	Ympäristö ja ekologia
Altistuminen	Altistumisen arviointi	Nisäkkäät ja linnut · Kasvit! · Maaselkärangattomat! · Ravinto!
Vaikutus	Terveysriskinarvioinnin rakenne · Riskinarviointiohjeet: · Pohjavesi · Pintavesi · Pöly · Kaasumaiset ilman epäpuhtaudet · Maaperä · Tärinä · Haju · Säteily! · Maaperän terveysriski · Kaasut · Melu · Pienhiukkasvaikutukset! · Terveysriskin kuvaus	Vesistöt · Maaperä · Sedimentti · Ekologinen riskinarviointi: · Ekologisten vaikutusten arviointi · Kohdekohtaisen mallin vaiheet · Alustus · Kohdetutkimukset · Vaikutusten arviointi · Mittauksiin perustuva arvio · Luonnehdinta
Integroitu riskinarvio	Integroitu riskinarvio · Viitearvoja

**Muita Minera-projektin tuotoksia**
Minera-mallin sovelluksia	· Luikonlahden tapaustutkimus · Luikonlahden sienitutkimusraportti
Muut	· Metallimalmikaivostoiminnan parhaat ympäristökäytännöt · Minera-hanke · MINERA Loppuseminaari · Kauppila T, Makkonen S, Komulainen H, Tuomisto JT: Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen: MINERA-hankkeen loppuraportti. · Lehdistötiedote 15.4.2013 · Kohdekohtainen esimerkki · Lyhenteet ja määritelmät · Loppuraportti kokonaismalli · Kaivostoiminnan ympäristöterveysriskien arviointi (suojattu sivu) · Mallinnusohjelmat päästöjen arvioinnissa · Viitearvot · Talvivaaran kaivoksen terveysvaikutukset · Loppuraportti · Raportti · Yaran tapaustutkimus
Muita kaivostoimintaan liittyvää	· Vesijalanjälki · Hyvä kaivos pohjoisessa · Yhteiskuntatieteellinen kaivostutkimus Itä-Suomen yliopistossa · Teemasivu:Kaivostoiminnan vaikutusarviointi

Viitteet

↑ Mojave Desert Air Quality Management District, Antelope Valley Air Pollution Control District (2000) Emissions Inventory Guidance Mineral Handling and Processing Industries.
↑ Australian National Pollutant Inventory (NPI) Emission Estimation Technique Manual for Mining, ver 3.0, 2011 (s. 45).

Commonwealth of Australia, 2011. National Pollutant Inventory (NPI) Emission Estimation Technique Manual for Mining, ver 3.0, 2011

Mojave Desert Air Quality Management District, Antelope Valley Air Pollution Control District (2000). Emissions Inventory Guidance Mineral Handling and Processing Industries, 31 p.

USEPA 1998. Compilation of Air Pollutant Emission Factors, AP-42, Chapter 11.9, Western Surface Coal Mining.

USEPA 2006. Compilation of Air Pollutant Emission Factors, AP-42, Chapter 13. Miscellaneous Sources (13.2.2. Unpaved Roads).

Aiheeseen liittyviä tiedostoja

[1] Mojave Desert Air Quality Management District, Antelope Valley Air Pollution Control District (2000) Emissions Inventory Guidance Mineral Handling and Processing Industries.

[2] Australian National Pollutant Inventory (NPI) Emission Estimation Technique Manual for Mining, ver 3.0, 2011 (s. 45).

[1]

[2]