Oprensning af tungmetalforurenet jord

6 Vask og ekstraktion

6.1 Teknisk beskrivelse
6.2 Status
6.2.1 Jordvask
6.2.2 Ekstraktion/udvaskning
6.2.3 Ekstraktion med organiske kompleksdannere
6.2.4 Biologiske metoder
6.3 Rensningseffektiviteter
6.3.1 Jordvask
6.3.2 Ekstraktion og udvaskning
6.3.3 Ekstraktion med organiske kompleksdannere
6.3.4 Biologiske metoder
6.4 Omkostninger
6.5 Sammenfatning
6.5.1 Jordvask
6.5.2 Ekstraktion/udvaskning
6.5.3 Biologiske metoder
6.6 Referencer

6.1 Teknisk beskrivelse

Teknologier, der anvender vand eller diverse ekstraktionsmidler til oprensning af jorden, er baseret på en accelerering af fjernelsen af de opløselige dele af forureningen fra jord og/eller en separering af forurening bundet til de fine partikler fra de renere større partikler. Jordvaskeprocessers succes (med eller uden additiver) vil således afhænge af processens evne til at opløse/frigøre metallerne fra jordmatricen samt til at separere efter partikelstørrelse, således at den ønskede rensningseffekt opnås.

Metallers mobilitet i jord er en funktion af en række forhold udover hvilket specifikt metal, det drejer sig om. Visse fraktioner i jorden (ler, silt, jern- og manganoxider samt organisk stof) kan binde de forskellige metaller både elektrostatisk og kemisk. Metalbindingen vil blive styret af bl.a. pH, kationbytningskapaciteten, partikelstørrelsen, redox-forholdene samt mængden og arten af organisk stof.

Jordvask og ekstraktion kan enten foretages på opgravet jord eller in situ. En skematisk gengivelse af en jordvaske/ekstraktionsproces på opgravet jord er angivet i fig. 6.1.

Figur 6.1
Princip for jordvaskeanlæg (efter Rulkens et al, 1996).

Ved in situ-teknikker vil metodens succes udover evnen til at mobilisere metallerne afhænge af jordens permeabilitet. Vand alene kan anvendes i meget porøse jorde samt overfor relativt vandopløselig forureninger, som f.eks. Cr(VI). Tilsætningsmidlerne kan enten have til formål at justere pH eller at binde metallerne ved chelatering, og derved bringe dem på opløselig form.

Jordvask

Jordvask med vand i vaskeanlæg må anses for en kommercielt udviklet metode. Vasken kan foregå både i mobile anlæg, der stilles op på den forurenede grund, og i stationære anlæg. Anlæggene omfatter typisk:

I de fleste processer anvendes der additiver i vaskevandet i form af pH-regulerende stoffer eller detergenter. På denne måde er skillelinjen mellem vask og ekstraktion lidt flydende.

Jordvaskeanlæg opererer næsten alene med en separering efter partikelstørrelse, som kan foregå ved hjælp af enten hydrocykloner, »fluid-bed« separering, flotation eller forskellige gravimetriske metoder.

Den sand- og grusfraktion, der kommer ud af processen er som regel relativt ren, mens finstoffraktionen indeholder forureningen, nu i opkoncentreret form. Finstoffraktionen afvandes, og vandet behandles om nødvendigt, inden det som oftest recirkuleres i processen. Finstoffraktion og slam fra vandbehandlingen deponeres som regel som stærkt forurenet materiale. I visse tilfælde foretages en yderligere oprensning.

Ekstraktion/udvaskning

Ved ekstraktion af opgravet jord blandes jorden med et ekstraktionsmiddel (efter en passende mekanisk forbehandling af denne). Ekstraktionsmidlet øger opløseligheden af metallerne i jord eller binder metallet, således at metallet kan overføres til en væskefase. Næste trin i processen er en separering af ekstraktionsmiddel og metal med henblik på genanvendelse eller deponering af metallet og en recirkulation af ekstraktionsmidlet i processen.

Som ekstraktionsmiddel anvendes:

Ved ekstraktion med syrer skal materialet kunne tåle det resulterende lave pH, som endvidere vil kunne resultere i ekstraktion af naturligt forekommende metaller i jorden, som f.eks. aluminium.

Oprensning af ekstraktet kan foregå på mange forskellige måder, f.eks. ved hjælp af neutralisation, fældning eller ionbytning. Det resulterende slam afvandes og håndteres som stærkt forurenet affald.

Biologiske metoder

Mobilisering og ekstraktion af metaller ved hjælp af mikroorganismer beror på en af følgende processer:

Disse metoder er med hensyn til oprensning af jord på udviklingsstadiet, med mindre det drejer sig om »biomining« af ædelmetaller eller radioaktive metaller. Det må forventes, at den i øvrigt tilknyttede teknologi, såfremt metoderne når kommerciel anvendelighed, vil være meget analog til vaske- og ekstraktionsprocesserne i øvrigt.

In situ flushing

»In situ flushing« er en tillempning af jordvaske-metoderne til en in situ anvendelse. Vaskevandet (eller ekstraktionsmidlet) tilføres jorden via udsprøjtning (dog ikke ved anvendelse af kraftige ekstraktionsmidler), overfladebassiner, grøfter, dræn eller injektionsbrønde. Gennemstrømningen i jorden styres af almindelige grundvandssænkningsteknikker. Efter gennemstrømningen af det forurenede område pumpes »vandet« igen til overfladen, hvor det behandles, og forureningen separeres fra, inden vandet typisk recirkuleres til systemet. Fig. 6.2 viser en skematisk beskrivelse af et in situ flushing system

Figur 6.2

Skematisk gengivelse af et in-situ soil flushingsystem med udsprøjtning på jordoverfladen (efter US EPA, 1997).

6.2 Status

I det følgende vil der blive givet en oversigt over det udviklingsmæssige stade og den foreliggende viden for de enkelte af de ovennævnte procestyper.

6.2.1 Jordvask

USA

Jordvaskeprocessen baserer sig på teknologi, der typisk har været anvendt i mange år inden for mineindustri m.m. Både i USA og Europa regnes metoden for at være fuldt kommercielt udviklet, og der findes et antal firmaer, der tilbyder jordvaskeanlæg. I USA er 2 metalforurenede Superfund-grunde blevet renset op ved hjælp af jordvask. 8 andre grunde er i planlægningsfasen, heraf 3 med kombineret forurening med metaller og organiske stoffer. 3 kommercielt tilgængelige vaskeprocesser er blevet afprøvet under SITE-programmet med henblik på oprensning af jord for metaller.

Europa

I Europa har der været anvendt jordvask til oprensning af en lang række grunde, i starten (begyndelsen af 80'erne) dog primært til oprensning af organiske forureninger, men fra slutningen af 80'erne dog også til rensning for metaller. Ifølge Helldén, 1993, havde firmaet Harbauer på dette tidspunkt behandlet mere end 120.000 ton fra i alt ca. 70 grunde på et stationært anlæg i Berlin. Resultater fra en række fuldskala-oprensninger på tyske, hollandske og amerikanske anlæg er angivet i afsnit 6.3.

Metoden er endvidere anvendt i udstrakt grad til oprensning af forurenet havneslam, hvor der foreligger mange resultater i forbindelse med de store havneslams-projekter, der kører og har kørt i både Tyskland, Holland, USA og Canada.

I Hjältevad i Sverige har der i 1997 kørt et fuldskalaprojekt med oprensning ved hjælp af et af det hollandske firma Heidemij's mobile anlæg på en træimprægneringsgrund forurenet med i alt 3 ton arsen, I ton kobber og 1 ton krom. I alt 25.000 ton jord forurenet med mere end 40 mg As/kg forventes renset. Anlægget har kørt fra medio juni 1997 og al opgravet jord skulle ifølge planen være oprenset inden udgangen af august 1997. Metoden omfatter en grovsigtning af jorden, en separering i hydrocykloner (i 2 trin) samt en efterpolering og flotation af den rensede jord. Den rensede jord må højst indeholde 40 mg As/kg. Finfraktionen floteres, fortykkes og afvandes i en filterpresse, hvorefter den skal deponeres på SAKAB's specialdepot i Kumla. Man regner med at skulle deponere i alt 5000 ton. Den frasigtede grovfraktion og den rensede jord (primært sand med en kornstørrelse mellem 0,06 og 2 mm) skal tilbagelægges på grunden, hvorefter den skal beplantes dels med skov, dels med græs til rekreativ anvendelse for beboerne i Hjältevad.

In situ flushing

Anvendelse af jordvask in situ har været afprøvet i begrænset omfang de senere år. 2 Superfund-projekter med in situ flushing af metalforurenet jord, i det ene tilfælde i en blandings forurening, kører og 2 andre er i designfasen.

6.2.2 Ekstraktion/udvaskning

Mobilisering af metaller ved hjælp af syretilsætning foreligger kun dokumenteret i begrænset omfang i fuldskala, men der er både i USA og i Europa (specielt i Holland) foregået en del laboratorie- og »bench-scale« forsøg. 4 af de i SITE-programmet afprøvede kommercielle jordvaskesystemer indeholder udvaskningselementer, ligesom det indgår i 3 SITE projekter til afprøvning af »Emerging Technologies«.

State University of New York West Virginia University

Ved State University of New York i Buffalo og ved West Virginia University har man gennem flere år arbejdet med vurdering af diverse metoder til udvaskning af blyforurenet jord samt vurdering af både jordtypens betydning for rensningseffektiviteten og af udvaskningens indflydelse på blyets tilgængelighed efter behandlingen (se bl.a. Cline & Reed, 1995 og Van Benschoten et al, 1997. Ved forsøgene som både har simuleret udvaskning på opgravet jord og in situ udvaskning (»soil flushing«) har man afprøvet følgende ekstraktionsmidler: HCI (0,1 N og 1,0 N), EDTA (0,01 M og 0,1 M), eddikesyre (0,1 N og 1,0 N) samt CaCl2 (0,1 M og 1,0 M). Man har i forsøgene ekstraheret på samtlige jordfraktioner og har arbejdet både med kunstigt forurenede jorde og jorde taget fra faktisk forurenede grunde. Resultaterne af de udførte forsøg er angivet i afsnit 6.13.

Eindhoven University of Technology

Tuin & Tels m.fl. ved Eindhoven University of Technology i Holland har arbejdet med udvikling af teknikker til ekstraktion af tungmetaller fra lerjorde, og man har set på metallernes binding før og efter ekstraktion med HCl.

Assink & Rulkens, 1987, har for det hollandske miljøministerium udført forsøg med ekstraktion af 9 forskellige jorde taget fra metalforurenede grunde. Forskellige ekstraktionsmidler blev afprøvet og tabel 6.3 i afsnit 6.3 viser de bedste ekstraktions/jordvaskemetoder for de forskellige jorde.

Technische Universität Hamburg-Harburg

Ved Technische Universität Hamburg-Harburg har man arbejdet med en metode med ekstraktion ved hjælp af eddikesyre, askorbinsyre, citronsyre og oxalsyre og efterfølgende elektrolytisk oprensning af ekstrahenten. Man har arbejdet med oprensning af 7 konkret forurenede jorde, specifikke resultater er vist i afsnit 6.3.

6.2.3 Ekstraktion med organiske kompleksdannere

Ekstraktion af metaller fra forurenet jord ved hjælp af kompleksdannere er ligeledes en teknik i udvikling. Der foreligger ikke p.t. kommercielle jordrenseanlæg, der oprenser metalforurenet jord ved hjælp af tilsætning af kompleksdannere. Metoden indgår i ét af SITE-programmets projekter til afprøvning af »Emerging Technologies«. Ekstraktion med egentlige opløsningsmidler har primært været anvendt på organiske forureninger.

En række forskellige organiske ekstraktionsmidler har været afprøvet:

Heraf har specielt DTPA og TEA vist meget ringe effekt i forhold til de øvrige, så de vil ikke blive yderligere omtalt her.

Sammen med undersøgelser af kompleksdannernes evne til at oprense jorden er det tillige ofte blevet vurderet, hvilken betydning tilsætning af ekstrahenten havde på jordens egenskaber efter oprensningen, samt om evt. restkoncentrationer af ekstrahenten i den rensede jord kunne have negative effekter. Endelig er ekstrahenternes regenerering blevet vurderet tillige med deres bionedbrydelighed. Resultater af forsøgene er refereret i afsnit 6.3.

EDTA og NTA er de 2 kompleksdannere, som traditionelt har været vurderet i forhold til deres effektivitet som ekstrahenter af metaller i jord i forbindelse med oprensning af forurenet jord. Begge stoffer har tillige været hyppigt anvendt i forbindelse med analysering og vurdering af tilgængelighed af metaller i jord.

6.3 Rensningseffektiviteter

Også i dette afsnit er beskrivelsen for overskuelighedens og den direkte sammenligneligheds skyld opdelt på de 4 procestyper.

6.3.1 Jordvask

I tabel 6.1 er sammenfattet rensningseffektiviteter opnået på en række fuldskala-anlæg i henholdsvis Holland og USA. Oplysninger om jordtype og -mængde med den anførte forureningsgrad, anlægskapaciteter m.m. er desværre ikke altid angivet i de anvendte referencer. For de hollandske anlæg gælder det, at der til en vis grad er tale om resultater fra stationære fuldskala-anlæg, og der er formentlig tale om bedst opnåede resultater for den periode, der ligger til grund for afrapporteringen; men dette er ikke specifikt angivet. Miljøkontrollen, Københavns Kommune (1995) anfører, at nogle af resultaterne stammer fra en forholdsvis tidlig periode, og at effektiviteten angiveligt er blevet forbedret med tiden.

Det ses af tabel 6.1, at rensningseffektiviteterne varierer med metallet, og generelt er bedre for Cd og Ni end for Zn og Pb.

På en SITE-grund blev 19.000 ton jord og slam renset for i alt 11 metaller (herunder især krom) ned til de fastsatte kriterier. 85% af den behandlede jordmasse blev kategoriseret som ren, mens 15% blev tilbage som en stærkt forurenet filterkage. På en anden grund blev der renset for Cd, Cr, Cu, Hg og specielt Pb i en kombination af vask og syreekstraktion. 8000 ton jord blev renset, og reduktioner fra 86.000 mg Pb/kg til ca. 100 mg Pb/kg blev opnået.

Udvaskningen af specielt CR(VI) har også været forsøgt med en i minedriften anvendt teknik, »heap leaching«, som har vist sig at være meget effektivt ved udvaskning med både vand og saltvand. 99% af den tilsatte K₂Cr₂07 (op til ca. 800 mg Cr(Vl)/kg) blev fjernet på ganske kort tid, Dwyer, 1991, og Hanson et al, 1993. Det blev diskuteret, om den gode fjernelse bl.a. skyldes, at den pågældende jord fra New Mexico-området (3 jordtyper: sand, sandmuld og ler) havde et relativt lavt naturligt indhold af jernoxider og af organisk stof «1 %).

Bergmans, USA (citeret i Helldén, 1993), som har gennemført 20 fuldskalabehandlinger, angiver 40 % indhold af finjord (<63 m) som grænsen for, hvad der kan betragtes som behandelbart. Jorden bør heller ikke have en for stor muldfraktion eller generelt et for højt indhold af organisk stof.

In situ soil flushing

I Holland er der i slutningen af 80'erne gennemført en in situ oprensning af en Cd-forurenet grund ved at infiltrere vand med et let sænket pH (=5), se Urlings et al (1988) for nærmere detaljer. Det forurenede område havde et samlet areal på 6000 m². I en indledende fase blev ca. 1000 m² oprenset til under 2,5 mg Cd/kg i løbet af ca. 4 måneder. Hele oprensningen varede i lidt over et år. Det oppumpede vand blev renset ved filtrering ned til 5 - 20 ppb Cd.

Thirumalai et al (1996) har afprøvet en forbedring af in situ udvaskning af krom i laboratorieskala ved tilsætning af 5 forskellige enten anioniske eller nonioniske detergenter, evt. kombineret med diphenyl carbazid (en kompleksdanner). Tilsætningen af en anionisk detergent og diphenyl carbazid forbedrede ekstraktionen af krom med en faktor 200 i forhold til ekstraktion med vand alene.

Tabel 6.1
link til tabel
Betingelser og opnåede rensningsgrader ved fuldskalaoprensning med jordvaskeanlæg

6.3.2 Ekstraktion og udvaskning

I tabel 6.2 er sammenfattet et antal i hovedsagen laboratorieskala forsøg, hvor jorden har været ekstraheret med syrer af forskellig art, evt. ved ekstraktion i flere trin og evt. ved kombination af flere ekstrahenter. De 4 først refererede undersøgelser drejer sig om kunstigt forurenet jord, mens de sidste 3 refererer resultater opnået på faktisk forurenet jord. Generelt foretages ekstraktionen på alle jordfraktionerne; der synes ikke umiddelbart at være nogen sammenhæng mellem de opnåede rensningsprocenter og størrelsen af lerfraktionen.

Afprøvninger er generelt foretaget på meget stærkt forurenet jord, og det ses, at selv om de opnåede fjernelsesprocenter ofte er gode, er de resulterende koncentrationer stadig meget høje. Afprøvningerne er hovedsageligt udført på blyforurenet jord, og her ses det, at der generelt skal kraftige ekstraktionsmidler eller flere ekstraktioner til for at opnå en god rensningsprocent. For de øvrige metaller opnås bedst resultater på cadmiumforurenet jord, mens de øvrige metaller opviser meget varierende resultater. Generelt har jorden et meget lavt pH efter behandlingen.

Tuin & Tels, 1987, m.fl. finder, at det er lettere at ekstrahere metallerne, når de findes enkeltvis end flere sammen, og at konkret forurenede jorde som regel er sværere at rense end kunstigt forurenede jorde, formentlig p.g.a. af øget binding af forureningen med tiden. 5 forskellige lerjorde blev kunstigt forurenet med følgende metaller: Cd, Cr, Cu, Ni, Pb og Zn. Forsøgene viste, at Cd, Cu. Pb og Zn kunne fjernes mellem 90 og 99 % ved 3 gentagne ekstraktioner, mens fjernelsen var ringere for Ni og meget dårlig for Cr(III). Efter ekstraktionen blev ekstrahent og lerpartikler separeret ved hjælp af hydrocykloner og tilsætning af flokkuleringsmidler. Sekventiel, kemisk ekstraktion før og efter ekstraktionen viste (som forventeligt), at de hårdest bundne fraktioner var de sværest ekstraherbare.

Tabel 6.2
link til tabel
Betingelser og opnåede rensningsgrader ved ekstraktion med syrer.

Assink & Rulkens har sammenlignet diverse jordvaske- og ekstraktionsmetoder på 9 konkret forurenede jorde. I tabel 6.3 er hovedresultaterne samlet i form af en listning af de 2 metoder, der viste sig mest effektive for de enkelte forurenede jorde.

Tabel 6.3
link til tabel
Bedste jordvaske-/ekstraktionsmetode for en række konkret forurenede jordprøver, Assink & Rulkens, 1987

Assink & Rulkens konkluderer, at klassifikation (d.v.s. separation efter partikelstørrelse ved hjælp af kraftigt opadrettet flow) i sig selv kan give rimelig oprensning til en billig pris, men at kun 2 af de 9 jordprøver kunne oprenses til de hollandske A-værdier ved hjælp af de anvendte teknikker.

6.3.3 Ekstraktion med organiske kompleksdannere

I tabel 6.4 er resultaterne af en række forskellige forsøg vedrørende ekstraktion af både tilsatte og faktiske forureninger sammenfattet.

Generelt gælder det, at fjernelsen stiger med forøgelsen af den tilsatte mængde af kompleksdanner, dog er der ofte en øvre grænse, udover hvilken der ikke opnås forbedringer. En øget kontakttid vil normalt også forbedre ekstraktionen.

Tabel 6.4
link til tabel
Betingelser og opnåede rensningsgrader ved ekstraktion med kompleksdannere

EDTA er en bedre ekstrahent end NTA, og effekten er mindre pH-afhængig. EDTA er tilsyneladende alt andet lige end bedre ekstrahent af bly (og kobber) end af Cd og Zn. Tilsætning af NaCl eller andre salte (klorider og klorater) kan øge ekstraktionen af Pb med EDTA.

I hvert fald for Cd ser det ud til, at EGTA (ethylen glycol-(aminoethylæter)-N,N,N’,N’ tetra eddikesyre) eller DCyTA (1,2-diamino cyclohexan-N,N,N’,N’ tetra eddikesyre) er endnu bedre ekstrahenter og mindre ph-afhængige. Som ved ekstraktion med syrer er effekten som regel bedre, hvis der kun er ét metal tilstede, end hvor metallerne skal konkurrere om bindingen.

Ekstraktion med EGTA er tilsyneladende mindre påvirkelig af høje koncentrationer af Ca og Mg. Ved konkurrence er ekstraktionen af Cd bedre end ekstraktionen af Pb og Cu ved ekstraktion med EGTA og DCyTA.

Chen, Macauley og Hong ved University of Utah i USA har screenet et stort antal potentielle ligander for deres evne til at ekstrahere metallerne, Cd, Cu, Pb, Hg, Ni og Zn. De bedste ekstrahenter syntes at være SCMC (S-carboxy methyl L-cystein), ADA (N-(2-acetamido)imin di eddikesyre) og PDA (pyridin 2,6-dicarboxyl syre). Alle 3 ligander var gode ekstrahenter i et bredt interval af ph-værdier samt metal- og ligand-koncentrationer (Chen et al, 1995). De var tillige forholdsvis lette at regenerere i modsætning til EDTA, og metallerne kunne genvindes. PDA kunne ekstrahere mere end 80 % Pb (af 5000 mg/kg tilsat forurening), og blyet kunne genvindes som et blyhydroxid, og ekstrahenten genanvendes. PDA er tillige en god ekstrahent af Cd. God ekstraktion af bly og kobber fra en konkret forurenet jord blev ligeledes opnået med SCMC og især ADA ved pH mellem 6,5 og 8. Ekstrahenterne kunne regenereres flere gange med succes.

Brusseau et al, 1997, har udført forsøg med samtidig ekstraktion af Cd og phenanthren ved hjælp af et modificeret cyclodextrin, et cyklisk oligosaccharid dannet ved bakteriel enzymatisk nedbrydning af stivelse. Fjernelsen af Cd lå på omkring 90 %, mens fjernelsen af Ni var lidt dårligere (ca. 85 %). Den samtidige fjernelse af phenanthren var på, » 100 %.

Brouwers, 1996, har arbejdet med en kombination af ekstraktion med hexan og stripning ved hjælp af damp til fjernelse af kviksølv. Rensningsgrader på 97,2 % blev opnået ved forskellige kombinationer af f.eks. 6,5 timers ekstraktion med hexan efterfulgt af 9,5 timers stripning med damp.

6.3.4 Biologiske metoder

Biologiske metoder

Biologisk baserede oprensningsmetoder har generelt en lidt lavere rensningseffektivitet end rent kemisk baserede. Til gengæld vil jorden ikke indeholde rester af kemiske ekstrahenter, og det vil være nemmere at opnå en genanvendelig fraktion af det ekstraherede metal. I tabel 6.5 er vist en række resultater udført på både jord med tilsatte og med faktiske forureninger samt på faktisk forurenet slam.

TNO, 1991, anfører, at jord kan renses med »bioleaching« til under de hollandske B-værdier.

Tabel 6.5
link til tabel
Betingelser og rensningsgrader ved ekstraktion med biologiske metoder

6.4 Omkostninger

Oplysninger om omkostninger er her generelt angivet som i den anførte reference, idet det dog i visse tilfælde drejer sig om supplerende oplysninger givet mundtligt i forbindelse med konferenceindlæg eller lignende. Et samlet skøn over omkostninger under danske forhold er gengivet i afsnit 5.5.

Jordvask

Verhagen & Versluijs, 1987, angav priser svarende til 200 - 700 Dkr./ton for jordvask i et kommercielt anlæg, mens Miljøkontrollen, Københavns Kommune, 1995, konkluderer, at en pris på en forholdsvis simpel jordvask må skønnes at kunne bringes ned til 500 kr./ton, mens prisen for en mere avanceret behandling naturligvis bliver højere. l 1993 angiver Helldén behandlingsomkostninger for jordvask til at ligge mellem 350 og 1000 kr./ton.

Ekstraktion med syre

Assink & Rulkens, 1987, anfører priser svarende til 350 til 700 kr./ton for rensning i et »traditionelt« jordvaskeanlæg og priser svarende til 650 til 1000 kr./ton for ekstraktion med syre, heraf udgør omkostningen til kemikalier ca. 25 kr./ton.

Ekstraktion med organiske kompleksdannere

Der foreligger ikke oplysninger om omkostninger ved ekstraktion af jord med organiske ekstrahenter. Lo & Chen, 1990, har udført estimater for kemikalieomkostninger ved ekstraktion af slam med henholdsvis syre, EDTA og NTA: Ved høje metalkoncentrationer er ekstraktion med syre billigst pr. m³ og pr. kg ekstraheret metal, mens ekstraktion med EDTA var billigst for lave metalkoncentrationer. Der foreligger ikke omkostningsestimater for de mere nye typer af organiske ekstrahenter, og det generelle kemikalieforbrug kan ikke umiddelbart opgøres udfra de foreliggende oplysninger.

Biologiske metoder

Rulkens et al, 1988, har estimeret omkostninger til bioleaching til, hvad der svarer til 30 - 50 kr./m³ slam (set i forhold til en pris på 35 - 55 kr./m³ slam for syreekstraktion). Der foreligger ikke økonomirelaterede oplysninger om de øvrige biologiske metoder under udvikling.

6.5 Sammenfatning

6.5.1 Jordvask

Metaller

Vask og ekstraktion er afprøvet på stort set samtlige metaller af interesse i forureningsmæssig sammenhæng. De traditionelle partikelseparerings-anlægs effektivitet hænger mindre sammen med, hvilket metal det drejer sig om, og mere med den pågældende jordtype.

Jordtyper

Jordvask egner sig bedst til anvendelse i forholdsvis sandede jorde, da processen for en stor del består af en fjernelse af fine partikler. Ved et højt lerindhold vil restfraktionen, der skal specialdeponeres ganske enkelt være for stor i forhold til den omkostning, som jordvasken har udgjort, således at den samlede besparelse bliver for lille.

Teknologiudvikling

Vask og ekstraktion har i traditionel forstand været foretaget i kommercielle anlæg siden 80'erne. Udviklingen går i dag mod mere specifikt rettede metoder baseret på en større viden om metallernes geo- og biokemi. På dette område er der en kraftig udvikling undervejs.

In situ anvendelse af metoden er endnu kun i opstartsfasen og vil altid være rettet mod de mere mobile metaller og mere permeable jordtyper.

Faktorer af betydning for rensningseffektiviteten

Som ved alle andre metoder, der anvendes på opgravet jord skal der en forbehandling til, inden den egentlige vask eller ekstraktion.

Ved tilsætning af pH-regulerende midler til vaskeprocessen har jordens naturlige ph-værdi selvfølgelig en afgørende rolle.

Afledte problemer/effekter

Miljømæssigt kan anvendelsen af additiver udgøre en risiko for uønskede miljøpåvirkninger ved genanvendelse af den rensede jord medmindre, der efterskylles grundigt med rent vand.

Tidsforbrug

Jordvask/ekstraktion er relativt hurtige processer, som derfor kan afvikles hensigtsmæssigt i egentlige anlæg.

Økonomi

Oprensning i traditionelt jordvaskeanlæg skønnes at koste mellem 500 og 1000 kr./ ton i dagens priser.

6.5.2 Ekstraktion/udvaskning

Metaller

Ekstraktion med syre fungerer tilsyneladende godt på Pb og Cd, med varierende resultat på Cu og Zn og relativt dårligt på Ni, Cr og As. Ekstraktion med svagere syrer er mindre effektivt, men effekten kan forbedres til at ligge på linje med de stærke syrer, såfremt der foretages gentagne ekstraktioner. Af de organiske ekstrahenter er EDTA klart bedre end NTA, og nogle af de for nyligt afprøvede ekstrahenter synes endnu bedre. At nogle af de opnåede resultater ved ekstraktion er dårligere end traditionel jordvask hænger formentlig sammen med, at disse netop er afprøvet på jorde med højt lerindhold, som ikke normalt behandles i jordvaskeanlæg

Jordtyper

Ekstraktion/udvaskning er primært afprøvet på mere finkornede jorde, hvor vask med vand/partikelseparering ikke har den store effekt. Det ses dog, at rensningseffektiviteten stadig er dårligst, når lerfraktionen er størst.

Teknologiudvikling

Der har været arbejdet i en del år med udvikling af metoder til oprensning af jord ved hjælp af ekstraktion. Der er dog endnu ikke kommercielt tilgængelige metoder, hvad enten dette skyldes egentlige procesmæssige problemer eller snarere uvilje mod anvendelse af kraftige kemikalier med de afledte problemer, det giver, eller de økonomiske forhold omkring processen, herunder bortskaffelsen/håndteringen af de ekstraherede metaller.

Faktorer af betydning for rensningseffektiviteten

Af de foreliggende resultater er det ikke muligt at drage nogen konklusioner med hensyn til betydningen af f.eks. jordens oprindelige pH eller andre miljømæssige parametre.

Metoderne har ofte været anvendt på stærkt forurenede jorde, og selv om rensningsgraden har været god, har den resulterende koncentration ikke altid været tilfredsstillende. Gentagne ekstraktioner har i nogen sammenhænge kunne forbedre på dette forhold.

Afledte problemer/effekter

De metoder, der anvender kraftige syrer eller ekstrahenter, vil påvirke jordens funktion, og en efterbehandling vil være nødvendig. Endvidere vil der være risiko for en påvirkning af metallernes mobilitet i jorden efterfølgende på grund af restkoncentrationer af ekstrahenterne i den rensede jord. Der er bl.a. heri incitamentet ligger til at finde nye, mere miljøvenlige ekstrahenter. Der foreligger ikke dokumenterede undersøgelser af jordens funktionalitet efter en ekstraktionsbehandling.

Ved anvendelse af kraftige kemikalier vil der også være arbejdsmiljømæssige hensyn at tage.

Økonomi

Ekstraktion/udvaskning skønnes på baggrund af de forskellige estimater (og d.v.s. med de foreliggende genanvendelsesmuligheder), at skulle ligge på i størrelsesordenen 50 % mere end jordvask/partikelseparation, altså i størrelsesordenen 750 til 1500 kr./ton.

6.5.3 Biologiske metoder

Metaller

Biologisk baserede oprensningsmetoder har generelt en lidt lavere rensningseffektivitet end rent kemisk baserede. Bioleaching fungerer generelt dårligt på Pb og i varierende grad på de øvrige metaller.

Jordtyper

Biologiske ekstraktionsmetoder er primært afprøvet på slam og havnesedimenter. Der foreligger kun enkelte forsøg med oprensning af jord.

Teknologiudvikling

De biologiske metoder er klart stadig i deres tidligste udviklingsstadium, og deres anvendelighed overfor et bredt spekter af jordtyper, pH-forhold, koncentrationsniveauer og metaller er endnu ikke vurderet.

Faktorer af betydning for rensningseffektiviteten

Der er ikke i det foreliggende materiale oplysninger, der peger på specielle forhold, der kan have indflydelse på oprensningseffektiviteten.

Afledte problemer/effekter

Efter en biologisk oprensning vil jorden ikke indeholde rester af kemiske ekstrahenter, om end den stadig vil være kraftigt forsuret. Nogle forskere peger på, at det vil være nemmere at opnå en genanvendelig fraktion af det ekstraherede metal.

Tidsforbrug

Behandlingstiderne for at opnå maksimale rensningsgrader ved de biologiske metoder er generelt længere og kræver ofte opholdstider i reaktorerne på flere døgn.

Økonomi

Bioleaching vurderes uden genvinding af metallerne at være dyrere end traditionel jordvask/partikelseparering, omend billigere end ekstraktion med syre eller organiske ekstrahenter (men er indtil videre også den mindst effektive metode).
 

6.6 Referencer