VTT 2018
• Käytön ja purkamisen aikana syntyy myös kontaminoitunutta purkujätettä, johon kuuluu muun muassa putkia, venttiileitä, suodattimia ja eristeitä.
• Fortumin Loviisan voimalassa ja TVO:n Olkiluodon voimalassa voimalan käytön päätyttyä aktivoituneet ja kontaminoituneet osat puretaan ja loppusijoitetaan kallioperään.
• Osa aktivoituneista ja kontaminoituneista rakenteista paloitellaan ja pakataan yksilöllisesti aktiivisuuden mukaan betonisiin laatikoihin.
• Laatikot sijoitetaan voimalaitosjäteluolaan: Matala-aktiivinen ruiskubetonoituun kalliosiiloon ja keskiaktiivinen jäte ruiskubetonoituun kalliosiiloon rakennettuun betonisiiloon.
• Laatikkojen ja seinämien väliset tyhjät tilat betonoidaan.
• Suurin osa purkujätteistä on hiiliterästä ja ruostumattomia teräksiä
Mitä ovat purkujätemetallit?
3VTT 2018
• Metallit pyrkivät muuttumaan yhdisteikseen
• Oksidit, hydroxidit, erilaiset suolat
Mitä on korroosio?
• Puhutaan myös bakteerikorroosiosta, mikrobikorroosiosta ja MIC-korroosiosta
• (MIC = Microbiologically Influenced Corrosion)
• Mikrobit voivat kiihdyttää useita eri korroosiotyyppejä: • Yleistä korroosiota
• Paikallista korroosiota: piste- ja rakokorroosio, jännityskorroosio
Mitä tarkoitetaan mikrobiologisella korroosiolla?
• Mikrobiologinen aktiivisuus voi muuttaa merkittävästi olosuhteita ja aikaan saada korroosion alkamisen
• Loppusijoituspaikalla tehdyissä pitkäaikaisissa kenttäkokeissa on todettu huomattavan korkeita korroosionopeuksia ja voimakkaasti paikallistunutta syöpymää
• Tämä johti epäilyksiin siitä, että mikrobiologisella toiminnalla on osuutta asiaan ja tarkemmat tutkimukset aloitettiin
Miksi tutkia mikrobiologista korroosiota matala- ja keskiaktiivisen jätteen loppusijoitusolosuhteissa?
Carpén, Leena; Maukonen, Johanna; Salo, Satu. 2012. Accelerated corrosion of carbon steel and zinc in oxygen-free groundwater - Due to the microbiological activity? Nace International, ss. C2012-0001397
Hiiliteräs, 11v
• H2S, FeS, voivat käyttää teräksiä elektronin lähteenä, katodinen depolarisaatio, rakokorroosioympäristö
Rikkiä hapettavat bakteerit (Thiobacillus)
• H2SO4, jotkut voivat hapettaa myös rautaa (Fe2+ Fe3+), pH voi laskea jopa alle 1
Limaa tuottavat bakteerit (Bacillus, Flavobacterium,Sphaerotilus)
• Happipitoisuuseroja metallin pinnalla, saostumia, rako-olosuhteet
Korroosioon vaikuttavia mikrobeja
Rautaa pelkistävät bakteerit, IRB (Pseudomonas)
• Voivat pelkistää Fe3+ kahdenarvoiseksi raudaksi ja osa voi myös pelkistää SO3 2– , S2O3
2– ja S0 hapetusluvulle S2–
Mangaania ja rautaa hapettavat bakteerit (Gallionella, Sphaerotilus, Leptothrix, Siderocapsa) • Hapettamalla alhaisemman hapetusasteen omaavat ionit korkeampiarvoiseksi
Fe2+ -ionit Fe3+ ja Mn2+-ionit Mn4+-ioneiksi voimakkaita hapettimia riski pistekorroosioon kasvaa ruostumattomilla teräksillä
Metanogeenit • Tuottavat metaania, käyttävät H2, voivat käyttää teräksiä elektronin lähteenä
Sienet
Korroosioon vaikuttavia mikrobeja
• Purkujätemetallien liukeneminen: luottamuksellinen pitkäaikainen (v.1998 alkanut) tutkimus TVO:n kanssa
• Julkisia julkaisuja: Carpén, Leena, Maukonen, Johanna, Salo, Satu. 2012. Accelerated corrosion of carbon steel and zinc in oxygen-free groundwater - Due to the microbiological activity?: Nace International. Nace International Corrosion Conference & Expo 2012, March 11-15, 2012, Salt Lake City, Utah, USA, pp. C2012-0001397
• Rajala, Pauliina, Carpen, Leena, Raulio, M.. 2014. SRB and methanogens in corrosion of steel in anaerobic water. 19th International Corrosion Congress, 2 - 6 November 2014, Jeju, Korea
Purkujätemetalleihin liittyvät tutkimukset
O2
(PPb)
Drill hole A 7.9 530 128 311 71 2.37 5.07 <10
Drill hole B 7.9 1830 250 214 250 6.18 4.59 <10
A, 5v 9kk k.a. Korroosionopeus
29 µm/a
18,5 µm/a
12VTT 2018
Matala- ja keskiaktiivisen jätteen mikrobiologinen korroosio (CORLINE) – KYT2018 projekti 2015- 2018
Purkujätemetalleihin liittyvät tutkimukset
Mahdollisuus pitkäkestoisiin kokeisiin Simuloi loppusijoitusoloja
Laboratoriomittakaavan kokeet
14VTT 2018
vRavinteiden lisäys muutti selvästi bakteeriyhteisön koostumusta ja sähkökemiallisten tulosten mukaan myös kiihdytti hiiliterästen korroosiota. Betonin lisäys puolestaan inhiboi biofilmin muodostumista ja vähensi myös korroosiota. Tosin betonin läsnä ollessa korroosio paikallistuu voimakkaammin.
vRajala, Pauliina. 2017. Microbially-induced corrosion of carbon steel in a geological repository environment, VTT. 83 p. + app. 54 p. VTT Science; 155 ISBN 978-951-38-8545-8; 978-951-38-8544-1 http://www.vtt.fi/inf/pdf/science/2017/S155.pdf
16VTT 2018
Tekniset tavoitteet: Kehittää luotettava on-line in situ menetelmä korroosion ja vesikemian kehittymisen seurantaan kairanrei´issä.
Määrittää mikrobiologisen toiminnan vaikutus purkujätemetallien korroosionopeuteen ja korroosiomekanismeihin Suomen loppusijoitusolosuhteissa.
Hyödyntää korroosiotuotteiden ja kaasujen koostumuksen analysointia mikrobiologisen korroosion tarkempaan ymmärtämiseen.
17VTT 2018
Mittaukset: Korroosionäytteiden lepopotentiaaleja Platinan potentiaalia Korroosionopeuksia (LPR tekniikka) Referenssi elektrodit (Mg, Ag/AgCl)
OsmoSampler kairanreikään Vesi- ja kaasunäytteenkeräin Kerää näytteet automatisoidusti Mahdollistaa kuukausittaisten erojen tarkastelun Suunniteltu sijoitusaika 2 v
18VTT 2018
nt ia
al iv
s. SH
E/ V
Aika/pv
pullo 1, HT pullo 2, HT pullo 3, 304 pullo 4, 304
19VTT 2018
-2 0 2 4 6 8
10 12
K or
ro os
io no
pe us
,m m
22VTT 2018
KR9) • Tutkitaan abioottisilla mekanismeilla syntyviä
korroosiotuotteita • Vertailu käsittelemättömän pohjaveden näytteisiin
Hiiliteräsnäytteet ja ruostumaton teräs 304 Koeaika 7kk
Korroosionopeudet: Hiiliteräs 0,37 µm/a Ruostumaton teräs 0,02 µm/a
23VTT 2018
seurauksena syntyneitä kaasuja • KR-9 vesi • Hiiliteräs- ja ruostumaton teräsnäytteet • Kaasumittaukset (H2, CH4, H2S, CO2, N2) • Koeaika 18 kk
H2S CH4 CO2 CO H2 C2H6 C2H4 C2H2
ppm vol% vol% vol% vol% vol% vol% vol% Hiiliteräs 0,2 1,42 0,05 0 0 0 0 0 304 4 0,05 0,38 0 0 0 0 0 316 3,7 0,08 0,41 0 0 0 0 0 Pelkkä vesi 0 0 0,45 0 0 0 0 0
24VTT 2018
P. Rajala, 2017. Microbially-induced corrosion of carbon steel in a geological repository environment, Academic Dissertation, VTT Science S155. P. Rajala, M. Bomberg. 2017. Reactivation of deep subsurface microbial community in response to methane or methanol amendment. Front. Microbiol. 8:431. P. Rajala, M. Bomberg, M. Vepsäläinen, L. Carpén. 2017. Microbial fouling and corrosion of carbon steel in alkaline deep groundwater, Biofouling, 33(2): 195-209. M. Bomberg, M. Raulio, S. Jylhä, C. W. Mueller, C. Höschen, P. Rajala, L. Purkamo, R. Kietäväinen, L. Ahonen, M. Itävaara. 2017. CO2 and carbonate as substrate for the activation of the microbial community in 180 m deep bedrock fracture fluid of Outokumpu Deep Drill Hole, Finland. AIMS Microbiology 3(4): 846-871. P. Rajala, M. Bomberg, E. Huttunen-Saarivirta, L. Carpén. 2017. Corrosion of stainless steels AISI 304 and AISI 316 induced by sulfate reducing bacteria in anoxic groundwater. Corrosion2017, C2017-9359. E. Huttunen-Saarivirta, P. Rajala, L. Carpén. 2017. Microbially induced corrosion (MIC) of carbon steel and stainless steels grades EN 1.4301 and EN 1.4432 in deep bedrock environment, Eurocorr2017-86186. September 3-7, Prague, Czech Republic. L.Carpén, P. Rajala, M. Bomberg, E. Huttunen-Saarivirta. 2017. Matala- ja keskiaktiivisen jätteen mikrobiologinen korroosio (CORLINE) - Vuosiraportti 2016. Tutkimusraportti: VTT-R-01118-17, VTT, 45 s. P. Rajala, L. Carpén, M. Vepsäläinen, M. Raulio, E. Huttunen-Saarivirta, M. Bomberg. 2016. Influence of carbon sources and concrete on microbiologically influenced corrosion of carbon steel in subterranean ground-water environment: Corrosion, Vol. 72, No. 12, pp. 1565-1579 doi:10.5006/2118. L.Carpén, P. Rajala, M. Bomberg. 2015. Microbially Induced Corrosion in Deep Bedrock. Advanced Materials Research Vol. 1130 (2015) pp 75-78. P.Kinnunen, M. Bomberg, P. Rajala, L. Carpén. Industrial Views to Microbe-Metal Interactions in Sub-Arctic Conditions. 2015. Advanced Materials Research Vol. 1130 (2015) pp 114-117. P. Rajala, L. Carpén, M. Vepsäläinen, M. Raulio, E. Sohlberg, M. Bomberg. 2015. Microbially induced corrosion of carbon steel in deep groundwater environment: Frontiers. Frontiers in Microbiology, Vol. 6, pp. Article number 647. L.Carpén, P. Rajala, M. Bomberg, E.Huttunen-Saarivirta. 2016. Matala- ja keskiaktiivisen jätteen mikrobiologinen korroosio (CORLINE) - Vuosiraportti 2015. Tutkimusraportti: VTT-R-00868-16, VTT, 27 s. M. Vikman, M. Itävaara, L. Carpén. 2016. Matala- ja keskiaktiivisen ydinjätteen loppu-sijoituksen mikrobiologiset riskit Suomessa. VTT Technology: 273, VTT, 41 s. ISBN 978-951-38-84574. Carpén, Leena; Rajala, Pauliina; Bomberg, Malin. 2015. Real-Time Electrochemical Measurements of Carbon Steel in Ground Water with Sulfate Reducing Bacteria Enrichment. Proceedings, vol. 15604. The Annual Waste Management Conference 2015, WM Proceedings, 15 - 19 March 2015, Phoenix, Arizona, USA M. Raunio, P. Rajala, L. Carpén.2015. Corrosion of stainless steel in low oxygen groundwater environment. 16th Nordic Corrosion Congress. 20-22nd May 2015, Stavanger, Norway L.Carpén, P. Rajala, M. Bomberg. 2015. Microbially Induced Corrosion in Deep Bedrock. Presentation in IBS 2015 (International Biohydrometallurgy Symposium), Sanur, Bali 5-9.10.2015.
www.vttresearch.com #vttpeople / @VTTFinland