Oprensning af blandingsforurenet jord 

5. Teknikker til behandling af tjære/PAH-forureninger 

5.1 Termisk behandling
5.1.1 Teknisk beskrivelse
5.1.2 Status
5.1.3 Rensningseffektivitet
5.1.4 Omkostninger
5.1.5 Sammenfatning

5.2 Biologisk behandling
5.2.1 Teknisk Beskrivelse
5.2.2 Status
5.2.3 Rensningseffektivitet
5.2.4 Omkostninger
5.2.5 Sammenfatning

5.3 Ekstraktion
5.3.1 Teknisk beskrivelse
5.3.2 Status
5.3.3 Rensningseffektivitet
5.3.4 Omkostninger
5.3.5 Sammenfatning

5.4 Vådoxidation

5. Teknikker til behandling af tjære/PAH-forureninger

I de efterfølgende afsnit er beskrevet følgende metoder til rensning af tjære/PAH-forurenet jord:

• Termisk rensning - afsnit 5.1
• Biologisk behandling - afsnit 5.2
• Ekstraktion - afsnit 5.3
• Vådoxidation - afsnit 5.4

Det er valgt at beskrive termisk behandling som en metode primært til rensning for tjære/PAH-forureninger. Det skyldes, at termisk behandling medfører en fuldstændig forbrænding af tjærekomponenter til CO₂ og vand, mens der ved behandling for tungmetaller er tale om en stabilisering af metallerne i restproduktet.

Følgende metoder er beskrevet under blandingsforureninger, men kan også anvendes til oprensning af tjære/PAH-forureninger.

• Jordvask - afsnit 4.1
• Elektrokinetik - afsnit 4,2
• Phyto-oprensning - afsnit 4.3
• Stabilisering - afsnit 4.4

Der er i flere af kapitlerne omtalt rensningseffektiviteten af den pågældende behandling men ofte ses et varierende indhold af tjære/PAH’ere ved analyser. Det skyldes, at det falder meget forskelligt ud ved de forskellige analysemetoder, hvor meget af det reelle indhold af tjære/PAH’ere der ekstraheres fra jorden ved analysen og derved måles som indhold. Parallelt med nærværende projekt arbejdes der således på udvikling af en standardanalysemetode for tjære/PAH’ere. Desuden kan der ved enkelte jordtyper opstå problemer med måling af indholdet, idet jorden kan indeholde naturlige humusstoffer, som har samme retentionstid som forureningsstofferne ved en almindelig GC-analyse. Dette kan derfor give et fejlagtigt indtryk af jordens forureningsgrad.

For de enkelte rensningsmetoder er opgivet priser i danske kroner pr. ton jord. Priserne er omregnet fra den lokale valuta i juli 1999.

5.1 Termisk behandling

Termisk behandling anvendes primært til rensning af forurenet jord, hvor forureningen skyldes organiske komponenter.

Den termiske behandling kan foregå ved lave temperaturer (£ 350° C) eller ved høje temperaturer (> 350° C og op til 1200° C). Opvarmning kan ske direkte eller indirekte.

5.1.1 Teknisk beskrivelse

Den termiske proces for behandling af forurenet jord kan opdeles i tre delprocesser:

Forbehandling termisk behandling i reaktor (rotérovn, fluidized bed etc.) røggasbehandling

Forbehandlingen er en frasortering af store sten, træstykker og metaldele m.v. ved anvendelse af tørsigtning, magnetseparator etc.

Termisk behandling er en opvarmning af det forurenede materiale i en reaktor, hvorved jordens adsorptive og kemiske bindinger nedbrydes. Forureningskomponenterne nedbrydes ved en fordampning (afgasning), forgasning eller en forbrænding, og det kan i praksis være vanskeligt at skelne mellem disse processer /74/.

Hvilken type proces, der foregår, bestemmes bl.a. af følgende parametre:

• Jordens opholdstid i forskellige temperaturzoner
• Maksimal jordtemperatur
• Ilttilførsel (luftoverskudstal ved forbrænding)
• Ovntype og –antal
• Strømningsforhold for røggas i reaktor
• Indirekte eller direkte opvarmning

Ved termisk rensning fjernes forureningskomponenter ved flere samtidige processer:

• Forureningskomponenterne nedbrydes ved en oxidering (forbrænding) eller ved
• stærkere adsorbering til jordpartiklerne (primært tungmetaller) ved opvarmningen kombineret med
• en kemisk reaktion med jordsilikaterne (calcinering).
• Forureningskomponenterne kan også flyttes over i røggassen og skal så fjernes ved rensning af røggassen. I så fald fjernes forureningskomponenterne med restprodukterne fra anlægget (filterstøv, aktivt kul eller gips).

Ved den direkte opvarmning fjernes alle oxiderbare forureninger, der nedbrydes til kuldioxid og vand. Ved indirekte opvarmning tilføres ikke forbrændingsluft eller ilt til reaktoren (og dermed forureningen), men overførslen af energi sker alene ved varmeveksling. Forureningerne forgasser (fordamper) og suges med sugetræksblæser til efterforbrændingskammer og røggasrensning eller alternativt til kondensator. En fordel ved den indirekte proces er, at der kun fås minimale røggasmængder, og der opnås besparelser i røggasrensningsudstyr.

Den termiske reaktor kan være udformet som f.eks.:

• En direkte opvarmet rotérovn, hvor temperaturen opnås ved olie/gasbrænder, der er anbragt medstrøms (samme ende som jordtilførsel og lufttilførsel) eller modstrøms (modsat jordtilførslen).

 

• 

  Figur 5.1

  Princippet ved en direkte opvarmet roterovn hentet fra /27/. Øverst er gengivet medstrømsprincippet og nederst er gengivet modstrømsprincippet.

  At ovnen er en rotérovn betyder, at den roterer om længdeaksen, hvorved jorden omvæltes.

  Temperaturen i ovnen kan være lav (< 350° C) eller høj (>350° C normalt 600° C - 800° C). Hvis temperaturen er endnu højere (op til 1000 ~ 1200° C) sintres og glasificeres jord og forurening.

  En indirekte opvarmet rotérovn, hvor temperaturen opnås ved olie/gasbrændere, der opvarmer rotérovnens overflade 

  ( 191 KB)

  Figur 5.2

  Figuren viser en indirekte opvarmet rotérovn /95/.

   Temperaturer: Lav eller høj op til 600° C.

  En fluidized bed er karakteriseret ved, at jorden i det opvarmede ovnrum (fast) holdes fluidiseret af en opadgående luftstrøm.

  

  Figur 5.3

  Figuren viser en fluidized bed på det nu lukkede Boran-anlæg i Tyskland /96/.

  Temperaturen er normalt høj (600° C eller mere).

  En tallerkentørrer, hvor jorden langsomt transporteres gennem cylindriske ovnrum af parallelle tallerkener. Temperaturen opnås ved indirekte opvarmning, hvor ovnkappen fungerer som hedeflade (opvarmet ved el- eller hedtolietracing) samt ved at de hule tallerkener, monteret på hul aksel, fungerer som hedeflade, idet opvarmet olie (hedtolie eller varmetransmissionsolie VTO) fungerer som opvarmningsmedie. Der er tale om en indirekte opvarmning i inaktiv atmosfære ved lav temperatur (normalt £ 350° C).

  

  Figur 5.4

  Tallerkentørrer er illustreret i ovenstående figur /34/.

  Et sinterbånd, hvor jorden langsomt transporteres gennem ovnrummet på en ståltrådsrist (rust/varmefast). Luft og varme blæser gennem risten fra brændere, og fra oversiden ristes jorden af brændere. Processen udføres som totrins anlæg bestående af en tørresektion (£ 150° C) og en egentlig højtemperatur (800 - 900° C), hvor opvarmet røggas fra lavtemperaturdelen/tørreren anvendes i højtemperaturdelen.

   

( 162 KB)

Et sinterbånd er illustreret i ovenstående figur /27/.

Kraftværkskedler. Indtil 1997 anvendtes i Danmark også kulfyrede kraftværker til termisk behandling af forurenet jord. Ved processen blev jord blandet med kul (max. 5% jord), der sammen blev formalet i kulmøllerne og blæst med kulstøvet til brænderne for afbrænding i fyrrummet på kraftværkskedlerne ved høj temperatur. Hovedparten af jorden blev taget ud af anlæggene sammen med flyveasken og endte som affaldsprodukt. Der var tekniske problemer med slid i kulmøller og brændere, men der behandledes forholdsvis store mængder på denne måde - mellem16.000 ton og 36.000 ton/år fra 1993 til 1996. Kraftværkernes jordbehandling er stoppet på grund af nye affaldsafgiftsregler, der gør metoden økonomisk set ikke konkurrencedygtig /75/.

5.1.2 Status

Den termiske proces er ofte anvendt til rensning af kraftigt forurenet jord (tunge olier, tjære og PAH’er). Processen er veludviklet og gennemprøvet. Rensningseffektiviteten er god og opnås med stor sikkerhed. Processen kræver (ved processer med direkte opvarmning, der er mest anvendt) installation af kompliceret røggasrensningsudstyr.

Til behandling af PAH-forurenet jord anvendes udelukkende højtemperaturanlæg. Kun et par anlæg i Europa er godkendt til at behandle alle typer af forureninger inkl. Kviksølv.

Nedenfor er angivet en række behandlingsanlæg, der er eller har været i drift til termisk behandling af forurenet jord.

1. ATM i Holland. Direkte opvarmet rotérovnsanlæg i tre trin. Høj temperatur.
2. Ecotechniek i Holland. Direkte/indirekte opvarmet rotérovnsanlæg. To trin med høj temperatur.
3. Herne-anlægget i Tyskland. Indirekte opvarmet pyrolyseanlæg. To trin med høj temperatur.
4. Broerius i Holland og Tyskland. Direkte opvarmet rotérovnsanlæg. 400 - 500° C.
5. Boran i Tyskland. Fluidized bed-anlæg med høj temperatur. Anlægget er lukket.
6. NBM i Holland. Indirekte opvarmet rotérovnsanlæg, forgasning ved høj temperatur. Anlægget er nedlagt.
7. Kommunekemi A/S i Danmark. Direkte opvarmet rotérovnsanlæg ved høj temperatur.
8. Soil Recovery A/S i Danmark. Indirekte opvarmet – tallerkentørrer ved lav temperatur og efterfølgende trin med høj temperatur.

Listen er omtrent udtømmende, hvad angår termiske anlæg til behandling af tjære- og PAH-forureninger i Europa.

5.1.3 Rensningseffektivitet

Effektiviteten ved den termiske rensning afhænger af forureningens art, men også tillige af jordart og forureningens binding til jordpartiklerne /76/.

Forureningskomponenterne kan – med henblik på behandlingsegnethed og metode - opdeles i følgende fire grupper:

Gruppe 1: Flygtige, halogenfrie organiske forbindelser, som f.eks. opløsningsmidler, mineralolie- og varmetransmissionsolier, BTEX-aromater og PAH.

Stofferne i denne gruppe går på dampform ved temperaturer £ 550° C og termiske anlæg, der kan sikre sådanne temperaturer i jorden og en tilstrækkelig opholdstid (½ time eller mere) er velegnede. Den fuldstændige nedbrydning af forureningskomponenterne sker – efter afdampningen fra jorden – ved, at røggassen, med forureningskomponenterne på dampform, i et efterforbrændingskammer opvarmes til 800-1400° C og med en tilstrækkelig opholdstid (2 sekunder) ved denne temperatur.

Stofferne i denne gruppe behandles typisk i direkte opvarmede højtemperaturanlæg, men indirekte opvarmede anlæg og pyrolyseanlæg anvendes også.

Opløsningsmidler og BTEX-aromater m.v. kan behandles i lavtermiske anlæg.

Gruppe 2: Flygtige uorganiske forbindelser som arsen, cadmium, kviksølv, tin, zink, fluor, chlor, nitrogen, phosphor, svovl og cyanider.

Disse stoffer behandles i højtemperaturanlæg, direkte eller indirekte opvarmet eller med pyrolyse. Forureningerne kan uddrives af jorden (helt eller delvist jvf. /76/, men ikke fjernes og nedbrydes helt. Specielt for denne type forureninger er udformningen af røggasrensningssystemet vigtig, og forureningskomponenterne (metaloxider etc.) må forventes, at kunne genfindes i restprodukterne udskilt i røggasrensningsanlægget. Disse restprodukter må deponeres i specialdepot.

Gruppe 3: Halogenerede organiske forbindelser, chlorholdige ukrudsmidler (HCH-isomere, pesticider m.v.).

De halogenholdige forbindelser kræver særlig opmærksomhed, idet der er risiko for dioxindannelse. Røggasanlæggene for behandling af halogenholdige forbindelser skal udformes specielt m.h.t. temperatur, afkølingstid, pose- og aktivt kulfiltre m.v. Processen skal omhyggeligt styres m.h.t. overholdelse af driftstemperaturer og opholdstid i ovn og i afkølingszone (kedel, quench m.v.). Røggasserne skal f.eks. behandles i efterbrændingskammer ved temperaturer fra 1100° C til 1300° C i 1,5 til 3,0 sekunder. Denne type forurening behandles ved høj temperatur i direkte eller indirekte opvarmede anlæg eller pyrolyseanlæg.

Gruppe 4: Ikke flygtige stoffer som f.eks. tungmetaller.

Disse stoffer er ikke-flygtige forureningskomponenter, der hverken kan fjernes eller nedbrydes. Stofferne kan mere eller mindre bindes til jordpartiklerne således, at der efter den termiske behandling vil være en kraftig reduktion i risikoen for udvaskning af stofferne fra den behandlede jord. Ved temperaturer over 1200° C sker en sintring og fuldstændig binding til jorden, men K.K. Miljøteknik A/S har vist ved udvaskningstests, at der allerede ved ovntemperaturer omkring 600° C og opefter sker en kraftig reduktion af gruppe 4-stoffernes udvaskelighed. /74/

Stofgruppe 4 skal behandles ved høj temperatur, men såvel direkte som indirekte opvarmede anlæg samt pyrolyseanlæg, kan benyttes.

Fælles for termiske anlæg er, at processen er meget robust. Det er muligt, at rense jorden for organisk materiale, PAH’er m.v. til acceptniveau for rent jord (< 5 ppm), og det er muligt at binde tungmetaller til den behandlede jord, så udvaskning reduceres til lavt niveau svarende til, hvad der accepteres for f.eks. slagge, flyveaske og andre restprodukter /74/. Litteraturen /76/ samt analyseresultater fra Kommune Kemi indikerer, at der skal tages forbehold for arsen.

Kun meget få termiske anlæg har udarbejdet detaljerede modtagekriterier (det vil sige en liste over hvilke forureningskoncentrationer, der må være i den tilførte jord), men "Herne-anlægget" i Tyskland har udarbejdet følgende liste:

Arsen : 500 ppm, bly: 6000 ppm, cadmium: 200 ppm, cyanider: 5000 ppm, nikkel: 5000 ppm, kviksølv: 100 ppm, thalium: 1000 ppm, zink: 30000 ppm og svovlforbindelser: 2000 ppm.

Jord fra adskillige gasværker er behandlet i Kommunekemi’s højtermiske rotérovn /74/. Startkoncentration af tjære kunne eksempelvis ligge på ca. 70.000 mg/kg TS og slutkoncentrationen på 5 mg/kg TS. Dette giver en rensningseffektivitet på 99,9% ved en kapacitet på 10 ton/time. Et specielt afsvovlningsanlæg muliggør desuden behandling af meget svovlholdigt materiale (op til 10.000 ppm svovl i den tilførte jord).

På Valby Gasværk gennemførtes on site termisk behandling med Soil Recovery A/S’ totrins, indirekte opvarmede termiske anlæg ved høj temperatur /34/. Indgangskoncentrationen var gennemsnitlig 11.000 mg/kg TS tjære og slutkoncentrationen gennemsnitlig 22 mg/kg TS. Dette giver en rensningseffektivitet på 99,8% med en kapacitet på 1 ton/time.

5.1.4 Omkostninger

Højtermiske processer er, på grund af den nødvendige store energitilførsel i form af støttebrændsel til opvarmningen og de komplekse røggasrensningsanlæg, forholdsvis dyre.

Prisindikationer indhentet i 1998 er for tjæreforurenet jord omregnet til danske kroner, men anført som behandlingspris for jord leveret til det pågældende anlæg uden transport:

Soil Recovery A/S /34/ 900 DKK/ton

(indirekte opvarmet højtemperatur, to trin)

K.K. Miljøteknik A/S /74/ 850 DKK/ton

(direkte opvarmet rotérovn , høj temperatur)

Hochtief, Herne /77/ 1.500 DKK/ton

(Pyrolyseanlæg, højtemperatur)

ATM, Holland /78/ 700-900 DKK/ton

(direkte opvarmet rotérovn, tre trin, høj temperatur)

ECOTECHNIK, Holland /78/ 700-900 DKK/ton

(direkte/indirekte opvarmet rotérovn, høj temperatur)

5.1.5 Sammenfatning

Den termiske proces er veludviklet og gennemprøvet. Højtemperaturanlæg er nødvendige for effektiv behandling af PAH-forureninger, der kan renses til acceptniveau (ren jord niveau) på < 5 ppm.

Der stilles store krav til røggasrensning og energitilførsel, hvorfor termiske anlæg med høje kapitalomkostninger og driftsomkostninger også har høje behandlingsomkostninger.

Højtermiske anlæg kan benyttes til behandling af tungmetalforurenet jord, idet tungmetaller enten fordamper og bliver udskilt i røggasrensningsanlæg eller bliver "bundet" til jordpartiklerne ved den termiske proces, hvorved udvaskningen nedbringes væsentligt og kan muliggøre en genanvendelse af den rensede jord.

5.2 Biologisk behandling

Biologisk nedbrydning af olie- og benzinkomponenter i jord er en meget udbredt rensningsform i Danmark og udlandet. Erfaringerne med nedbrydning af tjære/PAH-komponenter er derimod stadig begrænsede. I udlandet er det dog i et vist omfang anvendt som teknik, og de indhøstede erfaringer er refereret i dette afsnit.

5.2.1 Teknisk Beskrivelse

Oprensning af PAH’ere ved biologisk nedbrydning foregår efter samme principper som nedbrydning af olie- og benzinkomponenter. Betingelserne i jorden optimeres for at fremme den biologiske nedbrydning ved hjælp af bakterier.

Oprensning kan foregå på lokaliteten. Alternativt kan jorden graves op og renses biologisk på et af de traditionelle rensningsanlæg.

Indledende undersøges de geologiske og hydrogeologiske forhold grundigt. Samtidig kontrolleres jordens vandindhold, indhold af andre forureningskomponenter, som kan være hæmmende for bakterievækst, konkurrerende substrater som bakterierne muligvis ville bruge som kulstofkilde i stedet for forureningskomponenterne samt jordens pH, desorptionsevne, og naturlige indhold af næringsstoffer. Alle disse parametre er væsentlige for at kunne forudsige muligheden for succes ved biologisk rensning af den forurenede jord /80/.

For at fremme den biologiske omsætning i jorden under oprensningen er det nødvendigt at kunne kontrollere visse parametre /80/. Det drejer sig om:

• vandflowet, som justeres med pumper;

• iltkoncentrationen, som kan tilpasses ved tilsætning af luft, oxygen, brintperoxid eller ved tilsætning af vand mættet med ilt;

• biotilgængelige mineraler og næringsstoffer, som ved in situ-projekter justeres ved tilsætning til grundvand, der pumpes ned i akvifæren.

Den biologiske omsætning er meget afhængig af jordens temperatur og fugtighed, og de danske jordbehandlere har erfaring for på deres anlæg, at den biologiske omsætning er langsommere i vinterhalvåret i Danmark /38/. Ved in situ-projekter vil den biologisk omsætning være afhængig af bl.a. temperaturen, der naturligt varierer ned gennem jordsøjlen, men jo dybere forureningen findes jo mindre er den naturlige variation i jordens temperatur. Ved projekter med indblæsning af f.eks. luft kan jordtemperaturen reguleres ved indblæsningsluftens temperatur og derved optimere forholdene hele året for biologisk omsætning.

Den bakteriologiske omsætning vil ske enten ved aerob eller anaerob nedbrydning af forureningskomponenterne. Forureningskomponenterne fungerer som kulstofkilde til bakterievæksten, og hvis de øvrige jordparametre er til stede, vil nedbrydningen ske naturligt.

Den kemiske omdannelse af PAH-ringstrukturen til lige kulstofkæder forårsaget af bakterier ses i figur 5.6. Det er kendt fra forsøg, at PAH-stofferne med 5-6 benzenringe er vanskeligere at nedbryde end PAH-stoffer med 2-3 benzenringe /30/. Så snart de ellers meget stabile ringstruktur er brudt, vil nedbrydningen til CO₂ og vand ske forholdsvist let /79/.



Figur 5.6

Nedbrydning af PAH’ere ved bakteriel nedbrydning i jord /79/.

Effektiviteten vil være afhængig af styring af processerne, men selve omsætningen vil ske af naturligt forekommende bakterier.

For at kunne overvåge de biologiske processer kan forskellige parametre følges i oprensningsperioden. Det drejer sig om jordens indhold af forureningskomponenter, ilt, næringsstoffer, CO₂, antal bakterier i jorden eller måling på koncentrationer af mellemprodukter fra nedbrydningen.

Begrænsningen ved biologisk nedbrydning in situ af tjære/PAH’ere i Danmark kan være, at nedbrydningen er vanskeligere i lerjord end i sandjord. Det skyldes, at nedbrydningen forudsætter, at ilt og næringsstoffer kan transporteres i jorden til bakterierne. Det frie porevolumen i lerjord er mindre end i sandjord, og det kan medføre, at jorden nødvendigvis må fraktureres eller lignende for at opnå en tilstrækkelig nedbrydning af forureningskomponenter.

Det er en kendt problemstilling fra oprensning af andre forureningskomponenter ved in situ-projekter, at det er vigtigt efter oprensningens afslutning at vende tilbage efter et passende stykke tid og kontrollere indholdet af forureningskomponenter i jorden. Det skyldes, at de organiske stoffer kan være hårdt bundet til lerpartikler i jorden, og de vil derfor ikke umiddelbart være tilgængelige for biologisk nedbrydning. Der kan derfor ske en frigørelse af organiske komponenter fra lerpartiklerne efter oprensningens afslutning, som ikke tidligere var tilgængelig for bakteriel nedbrydning. Efter en intensiv biologisk oprensning af tjære/PAH-forurenet jord vil det derfor være nødvendigt med opfølgning på oprensningens resultat. Fordelen ved en in situ biologisk oprensning er dog, at der er stor sandsynlighed for, at en intern rensning (det vil sige uden menneskelig indblanding) fortsætter på lokaliteten på grund af den opdyrkede bakteriemasse, hvorved en evt. restforurening vil blive fjernet med tiden.

5.2.2 Status

I Danmark er man så småt begyndt at oprense tjære/PAH-forurenet jord ved biologiske metoder. De indledende forsøg er påbegyndt hos jordbehandlerne, som dog begrænser sig med hensyn til jordmængden, idet den nødvendige tid til nedbrydningen er noget længere end til de traditionelt behandlede forureninger med olie og benzin.

Det hollandske firma BioSoil /80/ og det italienske firma Envirotech /81/ siger samstemmende, at hvis man kan få en god biologisk aktivitet i gang i den varme årstid og holde den i gang om vinteren ved tilsætning af de nødvendige næringsstoffer m.m., så er temperaturen ikke noget problem,. Det skyldes, at bakterierne ved omsætning af organiske stoffer og ved reproducering skaber et overskud af energi, som bl.a. omsættes til varme. BioSoil har flere års erfaring med nedbrydning af PAH’ere og har fremsendt beskrivelser af teknikken samt resultater fra oprensninger i Holland.

BioSoil har desuden 3 projekter kørende i Danmark med oprensning af tunge olieprodukter, men de er stadig i den indledende fase, hvorfor der endnu ikke er dokumentation for biologisk omsætning i vinterhalvåret

Også i USA foregår der en del forskning under Superfund/SERDP. Specielt forskes der i udvikling af bakterier, der mere effektivt nedbryder PAH’ere end de naturligt forekommende bakterier /82/, /83/, /84/, /85/.

Gasværkspakken

Via midler fra Miljøstyrelsens Gasværkspakke, er der i Danmark gennemført fire projekter med biologisk oprensning på gasværker. De valgte metoder og resultater er beskrevet nedenfor og er refereret fra /2/.

Hjørring Gasværk - biologisk, forceret udvaskning

Anlægget her havde til formål at afprøve forceret udvaskning på et 8.000 m³ diffust tjæreforurenet areal. Hot spot på grunden var allerede fjernet.

Ved hjælp infiltrering af ilt og næringsberiget grundvand var det idéen at skabe optimale betingelser for mobilisering af tjærekomponenterne i den umættede zone. Vand blev opsamlet og renset før infiltrering.

Det gennemførte moniteringsprogram på grunden har indikeret, at den forcerede infiltration har medført en øget udvaskning af forureningen fra den umættede zone både af tjærekomponenter og af uorganiske forbindelser.

Frederiksberg Gasværk - on site biologisk behandling

Princippet i dette forsøg var oplægning af tjæreforurenet jord i miler - fritliggende og overdækkede - med en optimering af forholdene for den biologiske nedbrydning ved forsøgsmæssig tilsætning af forskelligt strukturmateriale og kulstofkilder, som træflis, kompost, hestegødning, detergenter, m.m. Endvidere blev der foretaget ventilering og vending af milerne samt tilsætning af NPK-gødning.

Startkoncentrationer var på ca. 400 mg totaltjære/kg.

Resultatet af de forskellige forsøg var, at der generelt kunne iagttages en svag nedbrydning af forskellige tjærekomponenter. Det blev konkluderet, at efter 496 dage lå forureningens niveau på ca. 200-300 mg totaltjære/kg.

Esbjerg Gasværk - on site biologisk rensning

Projektet her havde mange lighedspunkter med projektet på Frederiksberg gasværk. Her blev ca. 2800 ton jord behandlet biologisk, hvor den biologiske proces blev søgt stimuleret ved tilsætning af detergenter og af NPK-gødning. Milerne blev vendt og vandet jævnligt.

Udgangskoncentrationen var ca. 500-600 mg totaltjære/kg. Ved forsøget, der strakte sig over 28 uger, opnåedes en omsætning på ca. 10-50 %. I en kontrolmile, der ikke blev tilsat detergent kunne påvises samme omsætning, så generelt skal det bemærkes, at der ikke fandtes bevis for, at tilsætning af detergenter øgede den biologiske omsætning.

Mørkhøj Gasbeholderstation - in situ filtrering

I dette forsøg var det ønsket at anvende en teknik, hvor man ved in situ infiltrering af en væske med detergenter ville udvaske tjærekomponenter fra jordmatricen. Imidlertid blev forsøget aldrig gennemført i fuldskala, på grund af for dårlige resultater ved laboratorieforsøg.

5.2.3 Rensningseffektivitet

A·S Bioteknisk Jordrens i Kalundborg har opgjort nogen rensningstider /86/ for tjære/PAH’ere til ca. 2 år mod de sædvanlige ½-1 år på benzin/olieforurenet jord. Jorden er i 2 eksempler med PAH’ere renset næsten færdig på 2 år og i to tilfælde med tjæreforurening er jorden endnu ikke oprenset, men indholdet er reduceret til mellem 30-50 % af startkoncentrationen på ca. 3000 mg/kg.

Tabel 5.3

Tabellen viser resultater af fuldskalaprojekter med oprensning af PAH-forurenet jord.

Reference	Startkoncentration	Slutkoncentration	Fjernelse	Tidsforbrug
Bioteknisk Jordrens /86/	3100 mg tjære/kg 12,5 mg PAH/kg 110 mg PAH/kg	900 mg/kg 2,1 mg/kg 10 mg/kg	71 % 83 % 91 %	1 år
BioSoil /80/	3300 mg PAH/kg 9700 mg PAH/kg	87 mg/kg 37 mg/kg	97 % 99,6 %	13 måneder 15 måneder
Herner et.al./87/ (landfarming)	705 mg PAH/kg 425 mg PAH/kg	142 mg/kg 140 mg/kg	80 % 67 %	40 dage 72 dage

Der er ved flere af oprensningerne i USA udfra risikovurderinger fastsat stopkriterier, der langt overskrider danske stopkriterier. Så når slutkoncentrationen ved Herner et.al. /87/ er på 140 hhv. 142 mg PAH/kg er det ikke ensbetydende med, at man ikke har kunne rense forureningen længere ned, men et udtryk for, at stopkriteriet var fastlagt til 200 mg/kg. Stopkriteriet for benz(a)pyren var i samme projekt fastsat til 10 mg/kg, og opnåelse af stopkriteriet for benz(a)pyren tog væsentlig længere tid end at nå stopkriteriet for total PAH’er.

5.2.4 Omkostninger

4Prisen for at aflevere tjære/PAH-forurenet jord til biologisk rensning ligger på ca. 100-600 DKK/ton afhængig af koncentrationen men med maksimalt 1000 mg/kg.

Ved det hollandske firma BioSoil forklarer man, at prisen for en in situ-oprensning er meget afhængig af jordtype, koncentrationsniveauer og af de fysiske forhold på grunden. Man kan derfor ikke komme med en pris pr. ton. Det vurderes generelt, at etableringsomkostningerne i starten er en forholdsvis lille udgift, men at den samlede pris der skal påregnes overvågning af udstyr og af koncentrationsniveauer i hele oprensningsforløbet, vil variere meget fra sag til sag.

5.2.5 Sammenfatning

Det er i flere projekter vist, at det er muligt at nedbryde tjære/PAH-forurening biologisk, og det vurderes, at omkostningerne kan begrænses væsentlig ved at undlade at grave jorden op. In situ oprensning af PAH-forurenet jord vil være en oplagt teknik at afprøve på nogle af de mange gasværksgrunde, som ligger ubenyttede hen og hvor geologien giver en indikation af, at oprensningen vil være succesfuld.

Ved oprensning af et eksisterende hot spot med tjære/PAH-forurening (f.eks. et tjærebassin fra et gammelt gasværk), vurderer BioSoil stadig, at den mest hensigtsmæssige oprensning er en gammeldags graveløsning, idet biologisk nedbrydning vil være en alt for langsommelig en proces og resultatet noget usikkert. Biologisk oprensning af tjære/PAH’ere vurderes at være hensigtsmæssig ved en volumenmæssig omfattende jordforurening eller ved forureninger af mindre omfang, hvor det er svært at komme til med en gravemaskine. Det er i begge tilfælde nødvendigt, at der ikke findes jord indeholdende fri fase af tjære.

Jorden renses mest cost effektivt ved in situ-oprensninger, det vil sige, at det nødvendige udstyr i form af prøvetagningsstudse og installationer til tilsætning af næringsstoffer, ilt eller f.eks. brintperoxid etableres på stedet. Oprensningsmetoden har dog begrænsninger i form af jordtyper, forureningens tilgængelighed. Der vil desuden være en risiko for, at en oprensning trækker længere ud end planlagt, hvilket er meget almindeligt ved in situ-oprensninger.

 

5.3 Ekstraktion

Ekstraktion af forureningskomponenter er ikke en metode, som i Danmark i dag (forår 1999) benyttes til oprensning af jord. Kun Phønix Contractors/Ren Jord A/S har haft et kommercielt anlæg kørende i Danmark, men det blev i 1995 solgt til et fransk firma.

 

5.3.1 Teknisk beskrivelse

Ekstraktionsprocessen er baseret på en fjernelse af forureningskomponenter ved at opløse de organiske stoffer, der er adsorberet til jordpartiklerne, og få dem over i væskefasen. Dette udføres ved fysisk at opblande ekstraktionsvæsken med jorden og ved hjælp af mekanisk bearbejdning få forureningskomponenterne over i væskefasen. Derefter separeres det faste stof (jorden) fra ekstraktionsvæsken med forureningskomponenterne. Ekstraktionsvæsken kan efter destillation genanvendes. Oprensningsmetodens effektivitet afhænger således af ekstraktionsmidlets evne til at opløse de organiske komponenter.

Ekstraktion med dichlormethan er en metode, der i Danmark blev udviklet af asfalt- og tagpapfirmaet Phønix Contractors til oprensning af forurenede industrigrunde. Datterselskabet Phønix Miljø stod for den daglige drift af anlægget.

Opbygningen af et ekstraktionsanlæg handler om de rette forhold til ekstraktion af forureningskomponenterne ud af jorden og over i væsken. Phønix Miljø beskrev den mekaniske opbygning af ekstraktionsanlægget således /88/:

• Den forurenede jord føres gennem en serie af transportsnegle, hvor dichlormethan ledes modstrøms jorden. Dermed udvaskes og ekstraheres forureningskomponenterne fra jorden og over i opløsningsmidlet.
• Herefter ledes jorden ind i en skråtstillet transportsnegl, hvor så meget ekstraktionsmiddel som muligt drænes af jorden ved gravitation.
• Jorden føres videre ind i en dampstripper og opvarmes til 100° C. Herved fjernes den sidste rest af ekstraktionsmiddel fra jorden. Optimal fjernelse af dichlormethan sikres ved i sidste step at tilsætte damp til jorden.
• Jorden forlader anlægget som ren jord.
• Ekstraktionsmidlet dichlormethan indeholdende forureningskomponenter ledes til en destillationsbeholder, hvorfra dichlormethan destilleres af og kondenseres over i en buffertank og genanvendes.
• Forureningskomponenterne bliver dermed isoleret i destillationsenheden og kan overføres til remanenstanken, hvorfra det afhændes til f.eks. Kommune Kemi.

Dichlormethan er et effektivt ekstraktionsmiddel, der ekstraherer alle former for organiske forureningskomponenter fra benzin og olie til chlorerede opløsningsmidler og tjæreprodukter. Håndteringen af dichlormethan skal dog nødvendigvis foregå under kontrollerede forhold, idet stoffet er uhensigtsmæssigt at få ud i miljø og arbejdsmiljø.

Ekstraktionsmetoden er effektiv overfor mange forskellige jordtyper, idet tilsætningen af dichlormethan i en mekanisk bearbejdningsenhed medfører, at alle jordtyper kan renses i anlægget. Transporthastigheden i sneglen justeres afhængig af jordtype, forureningstype og forureningsgrad hvorved rensningen optimeres.

Anlæggets effektivitet er uafhængig af udendørstemperaturen, det er dog en forudsætning, at installationer m.m. kan holdes frostfri.

Anlægget er forsynet med en enhed til kontrol af emissionens indhold af forureningskomponenter.

(36,5 KB)

Figur 5.7

En skematisk opstilling af oprensning af tjære/PAH-forureninger ved ekstraktion på det anlæg, som Phønix havde opbygget i Vejen /88/.

Anlæggets kapacitet ligger på 7-12 tons/time afhængig af jordens tekstur, vandindhold, forureningstype og –grad. Generelt er kapaciteten højere i en tør og sandet jord end i en våd og leret jord. Lette forureningskomponenter er naturligvis lettere at ekstrahere fra jorden end de tunge tjærekomponenter. Anlæggets force var naturligvis evnen til at fjerne de tunge komponenter, og anlægget havde økonomisk svært ved at konkurrere med de biologiske jordbehandlere på de lette forureningskomponenter.

En udbygning af anlægget med en efterfølgende enhed til fjernelse af tungmetaller med andre ekstraktionsmidler blev forsøgt i pilotskala, men blev aldrig en realitet.

Ekstraktion med dichlormethan vil ikke kunne gennemføres som en in situ oprensning, idet kravet om opsamling af ekstraktionsvæske med forureningskomponenter ikke vil kunne sikres godt nok i praksis.

Ekstraktion med dichlormethan er en metode, som kun kan bruges på jord, der er gravet op. Anlægget er dog indrettet som et semimobilt anlæg indbygget i 20 og 40 fods containere, som i særlige tilfælde kan opstilles på en dertil indrettet miljøgodkendt plads.

I Holland anvendes også ekstraktion til oprensning af både organiske og uorganiske forureninger. Denne metode bygger på rensning af jord med vandige ekstraktionsmidler tilsat uorganiske syrer, komplexdannere, natriumhydroxid eller andre komponenter baseret på at behandle den specifikke forureningskomponent. Metoden er beskrevet i /89/, og det er et af de tilfælde, hvor det er vanskeligt at skelne mellem jordvask og ekstraktion, idet at blandt andet sandfraktion frasepareres og finfraktionen efterfølgende afvandes med hydrocykloner, fluidiseringsanlæg m.fl. Den hollandske forfatter har dog kaldt rensningsmetoden for ekstraktion, og den er derfor medtaget i dette afsnit.

 

5.3.2 Status

Phønix Miljø’s anlæg blev udviklet til at kunne rense jord on site, men blev i driftsperioden udelukkende brugt til ekstern rensning på pladsen i Vejen. En tidligere ansat ved Phønix Miljø /90/ har gjort klart, at den primære årsag til at anlægget ikke kunne drives rentabelt i Danmark var manglen på ensartede, landsdækkende retningslinier indenfor jordforureningsområdet.

Anlægget blev i 1995 solgt til det franske firma GeoClean og fra sommeren 1996 flyttede anlægget til Frankrig, hvorefter der renses forurenet jord der.

Der drives i øjeblikket ikke ekstraktionsanlæg i Danmark.

Henvendelser til udlandet tyder på, at det er relativt begrænset i hvor stort omfang ekstraktion bruges som behandlingsteknik. Udover et anlæg Holland er der ikke fundet referencer på anlæg i drift, men det kan også skyldes, at grænsefladen til jordvask er flydende.

 

5.3.3 Rensningseffektivitet

Rensningskravet til forurenet jord i Danmark er et total indhold af kulbrinter på 50 mg/kg. Dette rensningskrav var for Phønix Miljø svært at overholde, da den sidste del af forureningen er hårdt sorberet til jordpartiklerne. Rensningen af tjæreforurenet jord var oftest en stor succes, hvor indholdet blev reduceret fra 4-5.000 mg tjære/kg TS til 10-50 mg tjære/kg TS /88/, /90/. Jorden indeholdt efter rensning som regel meget lidt dichlormethan, oftest < 20 µg/kg /90/.

For det hollandske anlæg er anført, at rensning for organiske komponenter har en effektivitet på 90-95 % og for tungmetaller er rensningseffektiviteten lidt lavere, ca. 80-95 % /89/.

 

5.3.4 Omkostninger

Rensning af tjære/PAH-forurenet jord ved denne metode kostede ca. 600-1000 DKK/ton inden Phønix Miljø’s anlæg blev solgt i 1995. Dette var afhængig af jordens forureningsgrad, og prisen blev derfor vurderet fra sag til sag. Når jorden ikke kunne renses til fri anvendelse (< 50 mg/kg) blev jorden pålagt affaldsafgift af den lokale Told- og Skattemyndighed, hvilket indebar en betydlig ekstraomkostning for Phønix Miljø.

For det hollandske anlæg er det opgjort, at prisen for rensning af jord er ca. 365-580 DKK pr. ton.

 

5.3.5 Sammenfatning

Anlæggets resultater ved rensning af tjære/PAH-forurenet jord var gode, men de markedsmessige og økonomiske muligheder i Danmark var ikke optimale.

Der eksisterer sandsynligvis enkelte ekstraktionsanlæg rundt om i Vesteuropa, som anvendes til rensning af forurenet jord men det vurderes, at anvendelsen er begrænset. Desuden synes der at være en glidende overgang i opfattelsen mellem jordvask og ekstraktion.

 

5.4 Vådoxidation

Vådoxidation er i princippet en kombination af ekstraktion og termisk behandling /91/. Den forurenede jord opslæmmes i vand som ledes gennem et længere rørsystem. I rørsystemet sker der en oxidation på grund af det høje ilttryk (20-50 atm) ved en temperatur på ca. 200-320° C. Efter oxidationen er de store molekyler nedbrudt til CO₂, vand og små mere iltholdige produkter. Stofferne vil herefter være vandopløselige og derved let kunne komme over i vandfasen som behandles i biologisk rensningsanlæg.

Metoden blev afprøvet i Danmark af NKT og Risø, men konceptet blev solgt til et canadisk firma. Metoden fungerer så vidt vides udmærket /92/, men energiforbruget til pumpning af opslæmningen rundt i rørsystemet er så energikrævende, at teknikken næppe kan tænkes at gøres rentabel i Danmark og vil derfor ikke blive beskrevet yderligere.

 

 

 

[Forside] [Indhold] [Forrige] [Næste] [Top]