Data-analytiikasta apua sekajätteen itsesyttymisen ennakointiin ja tunnistamiseen

Ekologiset, älykkäät ja turvalliset teollisen internetin palvelut (eÄlytelli) -hankkeessa JAMK ja Sammakkokangas Oy kehittävät ja pilotoivat järjestelmää, jonka tarkoituksena on tunnistaa ja ennakoida sekajätteen itsesyttymistä.

Sekajätteen itsesyttyminen johtuu ainakin osaksi biojätteen biohajoamisesta jätekasan sisällä. Biohajoamisessa muodostuu lämpöä ja koska ympärillä oleva jäte toimii eristeenä, niin lämpö ei pääse tehokkaasti johtumaan ympäristöön. Tällöin lämpö pääsee jätekasan sisällä nousemaan. Jätteen kosteudella on todettu olevan vaikutusta jätteen itselämpenemiseen. [1] Jätteen kosteuspitoisuus antaa viitteitä biojätteen määrästä. Myös muita kemiallisia reaktioita liittyy ilmiöön, koska biohajoamisen mikrobit kuolevat alhaisemmassa lämpötilassa kuin mikä on useimpien aineiden syttymislämpötila. Sekajätekasa voi siis itsestään syttyä kytemään ja palamaan kasan sisältä. Tällainen palo on hankala havaita ajoissa ja vaikea sammuttaa. Myös Suomessa on tapahtunut itsesyttymisestä johtuvia tulipaloja jäteasemilla [2]. On arvioitu, että mikäli sekajätteen sekaan ei laitettaisi lainkaan biojätettä, niin itsesyttymisongelmaa ei olisi.

Jätteen biohajoamisessa muodostuu mm. hiilidioksidia (CO2) sekä metaania (CH4). [3] Kun syttyminen tapahtuu, niin jätekasasta vapautuu häkää (CO) sekä hiilidioksidia (CO2) ja lämpötila nousee entisestään.

Pilotissa mitattavia suureita ja kaasuja ovat lämpötila, kosteus, hiilidioksidi, hiilimonoksidi ja metaani. Pilottikohde koostuu kolmesta vierekkäisestä siilosta. Sekajätettä on jokaisessa siilossa ja jokaisesta siilosta mitataan samat asiat. Vertailumittaus suoritetaan siilon ulkopuolelta. Kuva pilottikohteena olevasta yhdestä siilosta on kuviossa 1.

Lisäoptiona testataan myös lämpökameran ja/tai IR-kameran mahdollisuuksia ja hyötyjä lämpenemisen ja syttymisen tunnistamisessa.

Mittausanturit sijoitetaan erilliseen alustaan, joka lasketaan siilon katosta vakiokorkeudelle jätekasan päälle. Kaasujen mittauksen vakioimiseksi anturit sijoitetaan eräänlaisen suppilon/hupun sisään.

Jokaiseen siiloon asennetaan antureiden kytkentää varten sulautettu elektroniikka-alusta (Arduino Uno WiFi), joka kommunikoi langattoman WiFi-yhteyden avulla siilojen läheisyydessä sijaitsevaan yhdyskäytävään. Yhdyskäytävänä toimii yhden piirilevyn Linux-tietokone (Raspberry Pi), joka on varustettu 3G/4G-mokkulalla. Siilon ulkopuoliset anturit, joita käytetään vertailumittauksiin, kytketään suoraan Raspberry Pi –alustaan.

Järjestelmän periaatekuva on nähtävissä kuviossa 2.

Analyysi pilvessä

Kaikki tarvittava data lähetetään 3G/4G-yhteydellä pilveen IoT-alustaan (ThingsBoard) ja datan analysointi suoritetaan pilvessä. Tarvittaessa lisäinformaationa voidaan käyttää esimerkiksi pitkänajan sääennustetta. Mittausdataa kerätään ympäri vuoden koska itsesyttyminen on mahdollista myös talvella.

Datasta yritetään havaita mahdollisia viitteitä jätteen lämpenemisestä, joka voisi johtaa itsesyttymiseen. Tavoitteena on siten löytää indikaattoreita ja heikkoja signaaleja data-analytiikan avulla, jotka voisivat ennakoida itsesyttymistä. Indikaattoreiden avulla voidaan jatkokehittää järjestelmää ennakoimaan itsesyttymisen kohonnutta riskiä, jotta tilanteeseen voidaan puuttua ennen kuin jätekasa syttyy palamaan. Mikäli anturidatan analysoinnissa havaitaan poikkeamia, jotka indikoivat kohonnutta riskiä itsesyttymiselle tai viitteitä jo tapahtuneesta syttymisestä/kytemisestä, voidaan ThingsBoard-alustasta lähettää hälytys sähköpostitse tai tekstiviestinä.

Pilotti on osa Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) rahoittamaa eÄlytelli – Ekologiset, älykkäät ja turvalliset teollisen internetin palvelut -projeketia.

Kirjoittaja: Olli Väänänen, yliopettaja, Jyväskylän ammattikorkeakoulu, Teollisuustekniikka

Lähteet:
[1] Moqbel, S., Reinhart, D., Chen, R.H., 2010. Factors influencing spontaneous combustion of solid waste. Waste Management. 30 (issue 8-9), 1600. doi: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2010.01.006
[2] Korkea jätekasa syttyi Kouvolassa – sammuttaminen kestää tuntikausia https://www.is.fi/kotimaa/art-2000006301661.html?cs=email
[3] Chavan, D., Lakshmikanthan, P., Mondal, P., Kumar, S., Kumar, R., 2019. Determination of ignition temperature of municipal solid waste for understanding surface and sub-surface landfill fire. Waste Management. 97 (123-130). doi: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.08.002