| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |
Elektrodialytisk rensning af jord fra træimprægneringsgrunde
I starten af 1990erne rapporterede Geokinetics, Holland om de første in-situ
jordrensningsanlæg til fjernelse af tungmetaller, som byggede på en
elektrokemisk metode. Disse anlæg gav en rimelig succes, men de
understregede også, at der var mange parametre, som skulle undersøges
nærmere, inden rensningsforløbet med rimelighed kunne forudsiges.
Efterfølgende blev hovedparten af det videre udviklingsarbejde, som de elektrokemiske
metoder er blevet underlagt, udført i laboratorieskala. Omfanget af undersøgelser er
steget gennem 90erne, idet der fra ganske få grupper i starten af 90erne nu er mere end
60 grupper verden over, som arbejder med forskellige aspekter indenfor elektrokemisk
jordrensning.
Fælles for alle elektrokemiske jordrensningsmetoder er, at de bygger på de
transportprocesser, som opnås ved at påtrykke jorden et elektrisk felt. Dette kan
anvendes til at fjerne tungmetaller fra forurenet jord, idet den elektriske strøm, modsat
et hydraulisk flow, hovedsagelig vil passere jorden i de fine porer, og det er netop her,
hvor tungmetallerne adsorberer i størst udstrækning. Dette resulterer i, at
elektrokemiske metoder er særlig velegnet til rensning af meget finkornede jorde.
Der har været brugt flere forskellige navne for processerne, men mest anvendt er
elektrokinetisk jordrensning.
Under den elektrokemiske rensningsproces opkoncentreres tungmetallerne i væsker rundt
om elektroderne, efterhånden som de fjernes fra jorden. Fra disse væsker kan
tungmetallerne evt. genindvindes, f.eks. er det muligt ved elektrolyse af fælde Cu, Zn,
Pb og Cd i metallisk form.
I Danmark er der blevet udviklet et specielt koncept, hvor elektrokinetisk jordrensning
sammenkobles med elektrodialyseprocessen, og denne metode kaldes for elektrodialytisk
jordrensning. I metoden anvendes der ionbyttermembraner til at adskille jorden fra de
procesvæsker, hvori tungmetallerne bliver opkoncentreret under rensningsprocessen.
Ionbyttermembranerne sikrer, at den strømmængde, som sendes gennem jorden, bruges til at
fjerne ioner fra jorden, således at der ikke spildes energi på at transportere ioner
mellem procesvæskerne. Metoden er testet succesfuld i laboratorieskala på en række
forskellige jorde og forureningstyper. En prototype på elektroder til et fuldskalaanlæg
er blevet testet med succes.
Den elektrodialytiske jordrensningsmetode bør tilpasses hver enkelt sag for at opnå
et godt rensningsforløb. Efter en karakteristik af jord og forureningstype vælges det,
hvorvidt jorden skal forbehandles med et additiv eller ikke.
Ud over det meste af verden ligger der arealer, som er forurenet som følge af
træimprægneringsindustri. Til træimprægnering har CCA-baserede midler
(imprægneringsmidler indeholdende Cu, Cr og As) været de mest udbredte uorganiske salte.
Alene i Danmark skønner Miljøstyrelsen, at der er 150 arealer, som har huset eller huser
en træimprægneringsvirksomhed.
De elektrokemiske metoder kan ikke benyttes direkte til en jord forurenet med både Cu,
Cr og As, idet de tre elementer ikke er mobile i det elektriske felt i de samme
pH-intervaller. Derfor er det nødvendigt at tilsætte jorden et additiv, som kan
mobilisere alle elementerne samtidig. I hosliggende rapport foreligger der resultater fra
rensningseksperimenter fra tre forskellige træimprægneringsjorde. Eksperimenterne er
udført i laboratorieceller (ca. 1 kg jord), i et lille pilotanlæg med 200 kg jord og i
et pilotanlæg til ca. 8 ton jord.
Ammoniak blev ud fra teoretiske overvejelser valgt som additiv, idet
ammoniaktilsætning til jorden vil sikre jorden en høj pH-værdi, hvor As er mobil. Cr er
også mobil som Cr(VI), medens ammoniakken kan danne ladede amin-komplekser med Cr(III).
Ammoniak kan også danne ladede amin-komplekser med Cu, således at Cu ikke fælder ud
trods den høje pH i jorden. Derfor blev det vurderet, at ammoniak var et additiv, som
kunne mobilisere Cu, Cr og As samtidig.
Ammoniak blev testet i laboratoriet til jord fra Collstrup, Stenholtvang. Cr-indholdet
i Collstrupjorden var 160 mg/kg, hvilket er under jordkvalitetskriteriet på 500 mg Cr/kg.
Derfor koncentreredes arbejdet med denne jord sig om Cu og As. Gennem
laboratorieeksperimenter blev det fundet, at en 2,5% ammoniakopløsning var et brugbart
additiv, idet As koncentrationen blev reduceret fra 900 mg/kg til 90 mg/kg samtidig med at
Cu koncentrationen blev reduceret fra 830 mg/kg til ca. 300 mg/kg, hvor koncentrationen
tilsyneladende stagnerede, men denne koncentration er også under jordkvalitetskriteriet
på 500 mg Cu/kg. As-niveauet var ikke stagneret, og det tydede på, at As niveauet kunne
reduceres yderligere. Det blev besluttet at anvende ammoniak som additiv til rensning af
jord fra Collstrup/Stenholtvang i det lille pilotanlæg.
Jord fra Galgebakken/Sorø blev i starten af 1990erne deponeret på KAVOs (Kommunale
Affaldsselskaber Vestsjællands Område) losseplads ved Vemmelev. Det var planlagt, at
jord fra Galgebakken skulle være underlagt en tilsvarende laboratorieundersøgelse som
Collstrup/Stenholtvang og efterfølgende behandles i pilotanlægget, men der opstod et
problem med at finde jord forurenet med As og Cr i depotet. Der blev udført flere
prøvegravninger, som kun viste et lidt forhøjet Cu indhold i forhold til
jordkvalitetskriteriet. Til sidst begyndte en systematisk tømning af depotet, med
løbende målinger for Cu, Cr og As. I alt blev der fjernet 3900 m3 jord, som
blev brugt til slutafdækning på lossepladsen.
I stedet for jord fra Galgebakken blev jord fra Dansk A-træ/Allerød behandlet i et
stort pilotanlæg udlånt af KAVO. Valget faldt på jord fra Dansk A-træ/Allerød, idet
en jordprøve udtaget derfra viste en ekstrem forurening med Cu 8780 mg/kg, Cr 8420 mg/kg
og As 14.000 mg/kg. Jordtypen varierede fra Collstrup/Stenholtvang idet jorden havde et
organisk indhold på næsten 10% mod kun knap 4% i Collstrup/Stenholtvang, og desuden var
finfraktionen af jorden 49% mod 33% for Collstrup/Stenholtvang. Et laboratorieeksperiment
med jord fra en anden Collstrup grund (i Køge) blev tillige udført. Denne jord har et
meget højt karbonatindhold, 24%, i forhold til de to andre jorde, som har et
karbonatindhold på under 1%. Med disse tre jorde kom undersøgelsen til at omhandle tre
meget forskellige danske jordtyper.
Rensningseksperimenterne på de to jorde, Dansk A-træ og Collstrup/Køge, gav, trods
deres tydelige forskelligheder, et ret entydigt billede. Cu blev fjernet
tilfredsstillende. As lidt langsommere, men alligevel blev der fundet reduktioner på
totalt 46% fra den ekstremt forurenede Dansk A-træ og 60% fra Collstrup, Køge. I den
førstnævnte blev den As mængde, som blev fjernet fulgt som funktion af tiden, og det
kunne heraf ses, at der stadigvæk kom As ud af jorden med rimelig høj hastighed ved
eksperimentets afslutning, men en så forurenet jord vil tage lang tid at rense. Desværre
var det entydigt for de to jorde, at der kun blev fjernet ca. 3-4% Cr. Den Cr, som blev
fjernet var fjernet mod anoden, og dvs. sandsynligvis som Cr(VI). Ammoniakken var ikke
stærk nok til at mobilisere Cr(III) ved dannelse af amin-komplekser.
Tilsætning af andre reagenser til jord fra Dansk A-træ/Allerød sammen med
ammoniakken blev testet i yderligere laboratorieeksperimenter. Det blev undersøgt, om en
oxidation af Cr(III) til den mobile Cr(VI) var mulig ved at tilsætte brintperoxid til
jorden, og eksperimentet viste en forøget mobilitet i forhold til ammoniak som reagens
alene, men Cr var ikke tilstrækkelig mobil. Jorden fra Dansk A-træ har et meget højt
indhold af organisk stof, og det er sandsynligt, at oxidationsmidlet er brugt op til at
oxidere det inden Cr(III) oxideres. Det er muligt, at additivet kan bruges til jorde med
et mindre indhold af organisk stof. Ammoniumcitrat med pH på 8 blev testet som additiv
til Dansk A-træ. Ideen var, at citraten skulle kompleksbinde med Cr(III) og her var
resultatet meget lovende. I løbet af kun 1 måned blev der fjernet 65% Cu, 33% Cr og 66%
As fra den ekstremt forurenede jord. Der forestår nu en optimering af koncentration og pH
for ammoniumcitrat som additiv til Dansk A-træ.
I et lille pilotanlæg (Megalab) hvor der skulle renses ca. 200 kg jord fra
Collstrup/Stenholtvang, blev der udført rensning i to faser. I den første fase stod
anlægget udendørs. Jorden blev her forbehandlet med 2,5% ammoniak ud fra de gode
resultater, som var blevet fundet i laboratoriet. Første fase varede i 9 ½ måned. I den
anden fase blev jorden gravet op og blandet godt op med koncentreret ammoniak. Anlægget
blev af praktiske grunde flyttet indendørs i et stinkskab, og elektrodeafstanden blev
reduceret fra 90 cm til 60 cm. Anden periode varede i knap 9 måneder. Rensningen i anden
periode forløb meget bedre i anden periode end i den første. Hovedårsagen hertil
vurderes at være den højere ammoniakkoncentration i jorden. I den første periode blev
der fjernet 24 g Cu fra jorden mod 37 g Cu i den anden periode. Der blev fjernet ca. 25 g
As i den første periode mod 35 g As i den anden. Jorden var ikke forurenet med Cr, men Cr
koncentrationerne blev alligevel fulgt og det viste ikke uventet, på baggrund af
laboratorieeksperimenterne, at der kun blev fjernet meget lidt Cr: 2,3 g i første fase og
1,4 g i anden fase. Slutkoncentrationen for Cu i jorden efter de to faser var 450 mg/kg og
for As 630 mg/kg.
Det store pilotanlæg har på rapporteringstidspunktet kørt i 6 mdr. Pilotanlægget
var 4 meter langt og 1,3 m bredt. Der var placeret 4 elektrodepar på den lange side af
containeren, og hvert elektrodepar dækkede således ca. 1 m3 jord. I
pilotanlægget var energiforbruget mellem 25 og 48 kWh/t jord, og der blev i alt fjernet
ca. 430 g Cu. As koncentrationerne var tydeligt lavere (ca. 50%) ved katodeenhederne end i
resten af jordvoluminet for de to elektrodepar, som kørte uden afbrydelser i de 6 mdr.,
men som det kunne forventes på baggrund af laboratorieeksperimenterne, var der ingen
profildannelse for Cr. Anlægget kom aldrig til at køre optimalt, men der blev gjort
flere værdifulde erfaringer, som vil blive indført i anlægget inden den næste
rensningsfase opstartes.
De tre træimprægneringsjorde på hvilke, der blev udført rensningseksperimenter, var
meget forskellige hvad angik jordtype. De resultater, som blev fundet var tilsyneladende
ikke afhængige af selve jordtypen men snarere af forureningens styrke – kraftig
forurening medfører længere rensningstid. Det betyder, at det nu er rimeligt at
fortsætte optimeringen på en træimprægneringsjord, idet resultaterne bør være
generaliserbare til andre jordtyper.
På baggrund af de udførte forsøg foreslås følgende anlægsforbedringer: (I) Der
bør være kortere afstand (max. 30 cm.) hvorover tungmetallerne skal transporteres i
jorden, hvilket kan opnås ved at fjerne tungmetallerne løbende forskellige steder i
jorden mellem elektroderne, (II) kontinuert fjernelse af tungmetaller fra elektrolytter
bør foretages således at der, hvis der skulle opstå utætheder, ikke løber
tungmetaller tilbage i jorden, (III) god forbehandling af jorden med reagens
(sandsynligvis ammoniumcitrat i tilfælde af Cu, Cr og As), (IV) højere strømtæthed end
der blev benyttet i det store pilotanlæg, det vurderes at ca. 3-4 A/m2 vil
være passende, medens der i det store pilotanlæg blev renset med 0,3 til 0,5 A/m2
og (V) tæt overdækning af jord for at undgå fordampning af ammoniak og mindske
forbruget.
Når anlægget forbedres på foreslåede punkter, vurderes det, at det vil være muligt
at rense en træimprægneringsjord med ca. 3000 mg/kg af hver af de tre elementer på 6
mdr. med en strømtæthed på 3 A/m2. Spændingen skønnes, ved denne
strømtæthed og ved god tilledning af reagens, at ligge på ca. 20 V, hvilket svarer til
et effektforbrug på 259 kWh/m3. Med en massefylde på 1,6 ton/m3 svarer
det til 160 kWh/ton.
| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |