Grundlag for nyttiggørelse af forurenet jord og restprodukter

Indledende kolonneforsøg med jord

Indledende forsøg med testning af jord i kolonne

Det primære formål med disse forsøg har været at undersøge, hvorvidt det er muligt direkte at anvende samme kolonnetest til jord, som anvendes testning af restprodukter. Det er blandt andet nødvendigt, at der kan etableres en god gennemstrømning af materialet i kolonnen samtidig med, at der opnås en optimal kontakt mellem jord og væske. Da de største strømningsproblemer kan forventes med lerede jordtyper, er sådanne blevet anvendt i forsøgene.

Teknisk beskrivelse af opstillingen af kolonneforsøg

Til hvert kolonneforsøg blev der anvendt en polycarbonatkolonne med diameteren 10 cm og højden 50 cm. Bunden dækkedes med et 2 cm lag finkornet sand. Herefter placeres ca. 5000 g jord (på tørstofbasis) svarende til en kolonnehøjde på ca. 40 cm i kolonnen. Prøvematerialet indstampedes forsigtigt lagvis for at sikre tæthed i kolonnen uden luftlommer m.v. Til dette formål anvendtes en plastikstav. Efter pakningen placeredes et dæksel udformet som et stempel i toppen af kolonnen, som forinden var smurt med siliconefedt. I dækslet og på den faste bund var der monteret slangestudse, hvorpå der spændtes 3 mm polyethylenslange. Forsøgene kørtes i upflow, dvs indpumpningen af udvaskningsmediet skete i bunden af kolonnen og eluatet blev udtaget fra toppen. Ved upflow mindskes risikoen for uensartet strømning som følge af kanaldannelse. Via en slangepumpe tilførtes udvaskningsmediet fra en plastdunk. Fra toppen af kolonnen ledtes eluatet til en syreskyllet plastflaske. Under forsøget overvågedes flowhastigheden jævnligt til beregning af udvaskningsmediets opholdstid og udviklingen i L/S-forholdet. Endvidere blev der regelmæssigt målt pH og ledningsevne.

Forsøg 1: Testning af leret jord

Til forsøget blev der anvendt 5700 g våd prøve ASLL med et tørstof-indhold (TS) på 870,2 g TS/ kg våd prøve. Prøven undergik ikke nogen homogenisering eller sigtning/knusning forud for forsøget. Som udvaskningsmedie anvendtes demineraliseret vand (DMV), og den flowhastigheden var 300 ml/døgn, som typisk anvendes til kolonneudvaskningsforsøg med restprodukter.

Efter en pumpetid på 6 timer kunne det tydeligt ses, at udvaskningsmediet ikke bevægede sig i en jævn front gennem prøvematerialet i kolonnen, men havde tendens til at danne kanaler langs kolonnens inderside. Efter denne iagttagelse blev de dannede kanaler fjernet og prøven homogeniseret ved en 10 minutters vibrationsbehandling af kolonnen med prøvematerialet i. Dette har man haft gode erfaringer med ved tidligere kolonneforsøg på VKI. Herudover blev flowhastigheden nedsat til omkring 100 ml/døgn for at mindske trykket i systemet og dermed medvirke til en mere ensartet gennemstrømning af kolonnen.

Efter endnu 2 timers pumpetid blev det konstateret, at vibrationsbehandlingen ikke havde haft nogen effekt, idet der dannedes nye kanaler langs kolonnevæggen. Jordprøven blev taget ud af kolonnen og homogeniseret i rørmaskine. Ved tømning af kolonnen var jorden tydeligvis kun vandmættet i jordkolonnens periferi, hvilket indikerede, at der udelukkende havde været randstrømning i kolonne. Efter homogeniseringen blev jorden atter pakket i kolonnen ved indstampning af små portioner ad gangen. Desuden blev pumpehastigheden sat yderligere ned til 50 ml/døgn. Efter 12 timers pumpning blev det observeret, at kun de første 4 cm af jorden i kolonnen blev gennemvædet, samtidig med at der over den gennemvædede jord var opstået en væskelomme, som pressede den ovenstående jord op gennem kolonnerøret. Prøvemængden blev efterfølgende reduceret og højden i kolonne dermed omtrent halveret med henblik på at formindske modstanden. For at undgå at kolonnematerialet pressedes ud, blev dækslet fastspændt v.h..a. en stopklods, hvorefter flowet blev genetableret. Efter 12 timer blev det konstateret, at indpumpningsslangen var sprunget af. Med et manometer blev det hydraliske tryk i pumpeslangen målt til 1,9 bar overtryk. Det blev konkluderet. at mulighederne for at udføre kolonneforsøg med jord med et lerindhold som den undersøgte prøves er stærkt begrænsede.

Forsøg 2: Testning af leret jord med større sandindhold

Jordprøven PbM har samme lerindhold som den ovenfor undersøgte jord, men adskiller texturmæssigt betydeligt fra denne, bl.a. ved at have et større indhold af groft sand. Det blev derfor besluttet at gentage forsøget med jordprøven PbM med samme opstilling som beskrevet ovenfor. Den benyttede kolonnehøjde var ca. 20 cm.

Som udvaskningsmedie anvendtes DMV, og der var, i modsætning til ved AsLL-prøven, ingen vanskeligheder med at opnå et flow igennem kolonnen, selv ved en strømning på 100 ml/døgn. For at sikre, at gennemstrømningen ikke blot foregik i kanaler, blev der udført et tracer/gennembrydningsforsøg. Til formålet blev benyttet et udvaskningsmedie bestående af en opløsning af 0,25 g/l Rodamin (farvestof) samt 3 g/l NaCl. Klorid, målt som ledningsevne i udløbet, benyttedes til bestemmelse af gennembrudstiden for den gennemstrømmende væske, mens Rodanin anvendtes til at undersøge strømningsvejene. Flowhastigheden blev sat til 170 ml/døgn og ledningsevne samt farve i udløbet blev registreret jævnligt.

Resultaterne af målingerne af ledningsevnen i udløbet fra kolonnen fremgår af tabel 1. Den procentvise ledningsevne i forhold til indløbsværdien, korrigeret for baggrundsværdien er afbildet som funktion af tiden i figur 1. Desuden er der i figur I ligeledes optegnet den tilnærmede beskrivelse af éndimensional mættet strømning i kolonnen (fuld optrukket linje). Som det ses af figuren, er der fuldt gennembrud efter knap 6 dage. For mættet, homogen strømning svarer gennembrudstiden til det tidspunkt, hvor ledningsevnen i udløbet udgør 50% af ledningsevnen i indløbet. Antages dette at gælde, er gennembrudstiden T, for klorid i kolonnen ca. 2 døgn. Den effektive porøsitet i kolonnen kan herefter udregnes på følgende måde:

n = (T_g * Q) / V_Total,jord <=> n = 0,25

Tabel 1. Ledningsevne målt i udløbet af kolonnen.

Det fundne porevolumen på 0,25 svarer pænt overens med typiske værdier for den effektive porøsitet i lerede jorde. Farvestoffronten var stærkt forsinket i forhold til kloriden, hvilket skyldes sorption.

I den transportmodel, som anvendtes til beskrivelsen af kurven på figur 1, indgår Peclet-tallet. Pe, der defineret som følger:

Pe = (Vp*L)/D

hvor D er dispersionen, Vp porevandshastigheden og L kolonnelængden (L=20 cm). Den tilpassede kurve giver en løsning for D og Vp på henholdsvis 0, 0006 M2 /d og 0.075 n,/d. Hermed fås Peclet-tal på Pe = 21 hvilket antyder, at stoftransporten primært sker ved advektion, men at molekylær diffusion ikke kan negligeres (Hjelmar & Traberg, 1995). Den fundne løsning for transportmodellen antyder ligeledes, at der sker en vis dispersion i kolonnen, og at der dermed er en vis spredning på opholdstiden for klorid i kolonnen. Dispersion beskriver spredningen af stoffet fra den overordnede strømningsretning som følge af transport i et porøst medie. Specifikt for kolonneforsøg forventes randflow også at bidrage til dispersionen, hvilket sandsynligvis er forklaringen på forsinkelsen i det fulde gennembrud i forhold til modellen (se figur 1). Diffusionen får først betydning ved lave porevandshastigheder. Den fundne Vp er forholdsvis lav, hvilket antyder, at diffusion kan have nogen betydning for stoftransporten i kolonnen. Resultaterne viser dog også, at klorid-transporten i kolonne er forholdsvis konservativ, dvs, at strønmingshastigheden er forholdsvis ensartet i kolonnen. Det tidlige gennembrud af klorid i udløbet kan enten skyldes uensartet strømning eller det forhold, at homogeniseringen af jordprøven har reduceret jordens oprindelige porevolumen. Det er I praksis vanskeligt at opnå en absolut homogen strømning, og der er sandsynligvis tale om en kombination af begge årsager.

På grund af en meget begrænset bevægelse af farvefronten i kolonne blev forsøget stoppet. Til verifikation af, at strømningen ikke blot foregik i delområder af kolonne, blev jordprøven taget ud af kolonnen i sin helhed og »skåret« i 2 cm tykke skiver. Fra udvalgte skiver blev der udtaget 9 delprøver, som efterfølgende blev opslemmet i DMV ved L/S = 2,5 l/kg, hvorefter ledningsevnen blev målt. En delprøve af den samme jord, som ikke indgik i kolonneforsøget, blev ligeledes opslemmet i DMV ved L/S = 2,5 l/kg og benyttet som reference.

Figur 1
Ledningsevne i udløb i procent af ledningsevne i indløb som funktion af tiden.

  (8 Kb)

De målte ledningsevner i samtlige prøver er vist i tabel 3. Det ses af resultaterne, at de målte ledningsevner i eluaterne fra forsøgene med kolonnejorden alle er større end referencen, og af samme størrelsesorden, når prøve 4 undtages. Resultaterne viser, at de fra kolonnen udtagne delprøver alle har været i kontakt med udvaskningsmediet, og alt tyder således på, at der generelt har været en god kontakt mellem jord og væske i kolonnen. I forbindelse med karakteriseringstestning af mere grovkornet jord synes denne jordtype således godt at kunne undersøges ved hjælp af kolonneforsøg.

Tabel 3
Ledningsevne i eluater fra udvaskningsforsøg foretaget på skiver af jord fra kolonneforsøg samt på referencejord.