| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Udvikling af metode til testning af udvaskning af organiske stoffer fra jord og restprodukter

5. Udvaskning af organisk stof fra restprodukter

5.1 Generelt

Den øvrige del af rapporten har taget udgangspunkt i udvaskning af organiske stoffer fra (forurenet) jord. Det skyldes ikke mindst, at de fleste erfaringer med udvaskning af organiske stoffer er gjort med jord. Der er imidlertid også et behov for at kunne teste og beskrive udvaskningen af organiske stoffer fra restprodukter såsom slagger og flyveaske fra affaldsforbrænding og kulfyrede kraftværker, knust beton, m.v. i forbindelse med vurdering af de potentielle miljømæssige effekter af at nyttiggøre eller deponere disse. I denne sammenhæng vil kun udvaskning af organiske stoffer fra sådanne overvejende mineralske restprodukter på granulær form med et begrænset indhold af organisk materiale blive diskuteret.

Som allerede nævnt i indledningen vil de fleste af de forhold, som påvirker og har betydning for udvaskningen af organiske stoffer fra jord/forurenet jord, kunne forventes at have en tilsvarende betydning for udvaskningen af organiske stoffer fra restprodukter. Nogle restprodukter, f.eks. forbrændingsslagger, adskiller sig fra jord ved at være mere heterogene, både hvad angår sammensætning og tekstur, mens andre, som f.eks. flyveasker, snarere er mere ensartede end mange jordtyper. For mange restprodukter vil det gælde, at indholdet af organiske forureningskomponenter er en mere eller mindre integreret del af materialet, mens der for jords vedkommende normalt er tale om forureningskomponenter, som er tilført jorden udefra, og som derfor fortrinsvis er associeret med overfladen af jordpartiklerne eller porerne i disse. I modsætning til de fleste jordtyper reagerer en del restprodukter kemisk med vand, når de befugtes eller gennemstrømmes, og dette kan eksempelvis give anledning til mere ekstreme pH-værdier i vandfasen, end man normalt ser for jord. Dette gælder bl.a. ofte for restprodukter fra højtemperaturprocesser, som kan indeholde oxider, der hydrolyseres og skaber stærkt alkaliske forhold. Under alkaliske forhold forøges frigivelsen og opløseligheden af organisk kulstof fra det residuale organiske stof i restprodukterne, og eluatets indhold af opløst organisk kulstof (DOC, dissolved organic carbon) øges. Det er påvist, at et forøget indhold af DOC i eluatet gennem kompleksdannelse eller chelatering kan øge opløseligheden af flere spor-elelementer, herunder bl.a. Cu (van der Sloot et al. 1997), og der er sand-synligt, at større mængder frigjort DOC kan optræde som transportmiddel for adsorberede/absorberede hydrofobe stoffer som f.eks. PAH’er. En tysk undersøgelse har vist, at den dominerende gruppe af organiske stoffer i affaldsforbrændingsslagger er fedtsyrer, d.v.s. de primære og letopløselige nedbrydningsprodukter af det oprindelige organiske materiale (Prieste et al. 1996). Risikoen for yderligere biologisk nedbrydning af disse fedtsyrer ved længerevarende udvaskningstests vil sandsynligvis være betydelig, hvilket må tages i betragtning, når sådanne forsøg planlægges.

5.2 Anvendelse af eksisterende testmetoder til testning af udvaskning af DOC/NVOC

Selv om der er tale om organiske stoffer, er der ofte blevet foretaget bestemmelse af samleparameteren DOC (målt som ikke-flygtigt organisk kulstof, NVOC (non-volatile organic carbon)) på det filtrerede eluat fra udvaskningstests beregnet til bestemmelse af udvaskningen af uorganiske komponenter uden speciel hensyntagen til valg af materialer til test- og filtreringsudstyr. Ved kolonneudvaskningsforsøg og serielle batchudvaskningsforsøg med danske affaldsforbrændingsslagger er der typisk fundet udvaskede mængder af NVOC på 100 – 200 mg/kg (Hjelmar 1999) med koncentrationsniveauer i de enkelte eluater variende fra 150 – 200 mg/l til omkring 0,5 – 1,0 mg/l. Ved femdobbelte serielle batchudvaskningsforsøg med en flyveaske fra et forbrændingsanlæg udført i polypropylenflasker i henhold til prEN 12457-3, er der under antagelse af normalfordelte resultater fundet en gennemsnitsværdi for den udvaskede mængde NVOC ved L/S = 2 l/kg på 2,96 mg/kg med en standardafvigelse på 0,95 mg/kg, svarende til en relativ standardafvigelse på 32% (Hjelmar 1999). Eluatkoncentrationerne varierede mellem 1,0 og 2,0 mg/l. For flyveaskens vedkommende er der tale om forholdsvis lave værdier af NVOC, og det er ikke muligt at sige, om de fundne resultater alene er udtryk for tilfældige variationer, eller de også indeholder en systematisk adsorption/afgivelse af NVOC på/fra test- og/eller filtreringsudstyret. For forbrændingsslaggens vedkommende er koncentrationsniveauet af NVOC derimod så højt, at det forekommer rimeligt at antage, at de fundne værdier udgør en reel angivelse af størrelsesordenen af de udvaskede mængder NVOC. Det vil være hensigtsmæssigt og forholdsvis enkelt at undersøge disse forhold nærmere, således at der kan opnås en kvalificeret vurdering af, i hvor høj grad man kan tillade sig at lade NVOC indgå i analyseprogrammet for eluater fra udvaskningsforsøg udført med henblik på bestemmelse af udvaskningen af uorganiske stoffer.

5.3 Udvaskning af specifikke organiske stoffer

For udvaskningsforsøg med henblik på bestemmelse af udvaskningen af specifikke organiske stoffer fra restprodukter gælder i øvrigt stort set de samme betragtninger og overvejelser, som i rapportens øvrige kapitler er gjort vedrørende udvaskning af organiske stoffer fra jord, dog med hensyntagen til de ovenfor nævnte forhold, hvor restprodukter ofte har egenskaber, der afviger fra normal jords egenskaber.

Som nævnt tidligere er de fleste erfaringer med udvaskning af organiske stoffer knyttet til testning af jord, og der findes rent faktisk kun ganske få egentlige undersøgelser af restprodukter beskrevet. Dette bekræftes blandt andet af Larsson (1996). Sidstnævnte refererer blandt andet undersøgelser foretaget af andet van Houdt et al. (1991), Kjeldsen og Grundtvig (1995) og Wahlström et al. (1994):

Van Houdt et al. (1991) undersøgte udvaskningsegenskaberne for forskellige typer vejbygningsmaterialer som bl.a. indeholdt PAH’er (der analyseredes for de 16 PAH’er, som foreskrives af US EPA). Materialerne blev ved hjælp af fryseteknik nedknust til < 0,2 mm, og de blev derefter underkastet rysteforsøg med vand ved L/S = 5 l/kg i 4 timer, hvorefter vandfasen ved centrifugering blev fraskilt og analyseret. Processen blev gentaget, hvorved der fandtes yderligere udvaskeligt PAH, d.v.s. resultatet af den først udvaskning var altså ikke udtryk for den maksimalt udvaskelige mængde PAH. Materialerne indeholdt 0,1-32 mg PAH/kg tørstof og gav 7-170 mg PAH/l (0,035-0,85 mg/kg tørstof) i første udvaskning og 2-56 m g PAH/l (0,01-0,28 mg/kg tørstof) i anden udvaskning. Resultaterne viser, at det kan være svært at opnå fuldstændig udvaskning ved batchforsøg, med mindre der udføres flere i sekvens.

Noget tilsvarende blev fundet af Kjeldsen og Grundtvig (1995), som anvendte en lidt anden metodik til at undersøge udvaskningen af BTEX fra industrielt affald fra gamle deponier. Der udførtes et antal serielle batchudvaskningsforsøg i glasflasker med teflonbelagte låg, der først påfyldtes iltfrit vand, som for at forhindre mikrobiel nedbrydning var tilsat 2g natriumazid/l. Herefter tilsattes de faste prøver i våd tilstand, efter at tørstofindholdet var bestemt på separate prøver. Mængderne af væske og faststof justeredes, så head space blev minimeret for at undgå fordampningstab af materiale til luftfasen. Udvaskningsforsøgene udførtes som 5 henholdsvis 24 serielle ekstraktioner ved L/S = 2 l/kg og L/S = 20 l/kg og 20 timers kontakttid (rotation om tværaksen ved 1 rpm), hvor væske- og faststoffase mellem hver ekstraktion blev adskilt ved centrifugering (14 cm rotationsradius, 30-90 min ved 1500 rpm, udtagning med pipette). Væskefaserne ekstraheredes med pentan og analyseredes ved GC-FID for BTEX og TOC (se også Lyngkilde og Christensen 1992a og b). Metodens reproducerbarhed blev vurderet som god. Koncentrationsniveauet af toluen i eluaterne fra batchudvasknings forsøgene faldt dog meget hurtigere end forudsagt på grundlag af teoretiske beregninger baseret på en målt K_d-værdi. Dette blev tilskrevet fordampningstab ved håndtering af prøverne under udskiftning af vandfasen mellem hver ekstraktion, og det anbefaledes, at proceduren ved tilsvarende fremtidige forsøg blev ændret, så fordampningstabet minimeres (bl.a. gennem anvendelse af "zero head space" teknik gennem hele proceduren). Parallelt med batchforsøgene gennemførtes kolonneudvaskningsforsøg på det samme materiale. I nogle tilfælde blev det observeret, at der selv efter gennemstrømning af en vandmængde svarende til L/S = 550 l/kg ikke var sket en fuldstændig udvaskning af de organiske komponenter. Dette skyldtes bl.a., at det udvaskede materiale, som havde en hydraulisk ledningsevne på ca. 4 x 10^-7 m/s, indeholdt gammelt deponeret aktivt kul, hvilket modvirkede desorption af BTEX.

På grundlag af ovenstående vil det være rimeligt at antage, at metoder til testning af udvaskningen af organiske stoffer fra granulære, mineralske restprodukter i vidt omfang kan baseres på de samme principper og hensyn, som metoder til udvaskning af organiske stoffer fra jord. Dog vil der for restprodukternes vedkommende i mange tilfælde skulle tages specielle forholdsregler med hensyn til forbehandling af prøverne, ligesom restprodukternes potentielle reaktivitet med vand og de ofte ret ekstreme pH- og redoxforhold, som reaktionerne med vand kan medføre, må tages i betragtning. Det bør undersøges nøjere, om man i nogle tilfælde kan udvide analyseprogrammet for udvaskningstests til bestemmelse af udvaskningen af uorganiske komponenter fra restprodukter til også at omfatte DOC/NVOC.

Blandt de konklusioner, som fremkom i en af de ovenfor refererede undersøgelser, var, at man ikke kan regne med at kunne anvende den samme metode til undersøgelse af udvaskningen af alle forskellige organiske stoffer og stofgrupper. Til dette kunne man føje, at man heller ikke vil kunne forvente at kunne beskrive alle de udvaskningssituationer, som man vil være interesseret i at belyse, ved hjælp af en enkelt udvaskningstest. Det skal nævnes, at der i det meste af denne rapport af hensyn til den kommende bekendtgørelse om anvendelse af jord og restprodukter har været fokuseret meget på tilpasning af en enkelt testmetode, nemlig batchudvaskningstesten prEN 12457-1, udført ved L/S = 2 l/kg.