|
Miljøstyrelsen og MAN B&W Diesel A/S - Karakterisering og nedbrydning af organiske indholdsstoffer i furansand fra støberier 6 Karakterisering af overskudssand
Indenfor rammerne af det opstillede analyseprogram er der foretaget en karakterisering af overskudssand og –støv fra hver af de fem fraktioner A – E som beskrevet i afsnit 4.3. Karakteriseringen af overskudssand og –støv er gennemført i projektets planlægningsfase i perioden december 2001 til juni 2002, idet der i denne periode er gennemført 3 prøvetagningsrunder hos MBD-F med henblik på at opnå et overordnet billede af variationerne i de undersøgte fraktioner. Analyserapporter for de udførte fysisk-kemiske test og analyser er vedlagt i bilag G. Der er generelt konstateret ensartede niveauer i koncentrationerne af de undersøgte stoffer og fysiske egenskaber indenfor hver af de undersøgte fraktioner, idet pH-værdien for fraktion E dog varierer mellem pH 3,7 og pH 11. På baggrund af de generelt ensartede niveauer er der i det følgende valgt at beskrive hver enkelt af de fem fraktioner ved gennemsnitsværdierne i stofkoncentrationerne. 6.1 Fysisk kemiske egenskaberDe fysisk kemiske egenskaber af hver af de fem sandfraktioner fremgår af tabel 6.1. Tabel 6.1 Karakterisering af overskudssand fra MBD-F
Forventet er støvfraktionerne A og B finkornede, mens sandfraktionerne C, D og E er mere grovkornede. Fraktionerne af støv (B) og sand (C) fra godsrensningen har begge et negativt glødetab, der vurderes at skyldes et indhold af fine jernpartikler, som ved reaktion med luftens ilt og vand danner jernoxider og –hydroxider. Det største glødetab ses ikke uventet i støvfraktion A, hvor en stor del består af organisk materiale fra den dannede harpiks. Størst densitet er konstateret i fraktionerne fra godsrensningen (B og C) og mindst densitet i støvfraktionen A. De to støvfraktioner A og B har endvidere som forventet en lav permeabilitet, mens sandfraktionerne C, D og E har en højere permeabilitet. I forbindelse med de gennemførte test af permeabilitet er der udført pH målinger på eluat fra testene. Der er generelt fundet god overensstemmelse mellem pH-værdier udført på stikprøver af støbesand og på eluat fra opstillingerne til test af permeabilitet. I fraktion E konstateres dog en afvigelse på op til 2 pH-enheder mellem disse målinger. En afvigelse der skyldes den i indledningen nævnte variation mellem pH 3,7 og pH 11 i prøver af sandet fra fraktion E, og som skyldes tilførsel af stærkt basisk overskudssand fra rensning af sandmixere med ammoniakvand. Fraktionerne af støv (B) og sand (C) fra godsrensningen er generelt kendetegnet ved svagt basiske pH-værdier, mens øvrige fraktioner (A, D og E) er sure med pH-værdier fra 4,7 – 6,4. 6.2 Indhold af kemiske stoffer i sandDet gennemsnitlige indhold af de undersøgte kemiske stoffer i hver af de fem sandfraktioner fremgår af tabel 6.2. Endvidere er indholdet af metaller vist i figur 6.1 og indholdet af organiske stoffer er vist i figur 6.2. Tabel 6.2 Indhold af metaller og organiske stoffer i mg/kg TS (tørstof)
De to fraktioner fra godsrensningen (B og C) er karakteriseret ved deres forholdsvis høje indhold af tungmetallerne chrom, kobber, nikkel og zink, mens fraktionerne A, D og E er karakteriseret ved et forholdsvis højt indhold af organiske stoffer anvendt og dannet under støbeprocessen. Koncentrationen af p-toluensulfonsyre ses væsentlig forøget i støvfraktion A, ligesom der også i denne fraktion ses et væsentligt indhold af BTEX’er, phenoler, naphtalener og PAH’er. En tydeligt mindre koncentration af disse organiske stoffer ses i fraktionerne D og E, hvor reaktanterne i den kemiske polymerisering – phenol, furfurylalkohol og formaldehyd – dog ses forhøjet i fraktion E, som har en stor andel af frisk fremstillet støbesand. Figur 6.1 Indhold af metaller i mg/kg TS Figur 6.2 Indhold af organiske stoffer i mg/kg TS Toluen udgør hovedkomponenten blandt BTEX’erne, mens phenol udgør hovedkomponenten blandt phenolerne. Ved den kemiske karakterisering er der undersøgt for indhold af 16 US-EPA PAH’er, og der er konstateret et svagt indhold af stofferne fluoren, phenanthren, anthracen og fluoranthen. Miljøstyrelsens kvalitetskriterier for PAH’er i jord er baseret på summen af 7 enkeltkomponenter, hvoraf der alene er påvist et svagt indhold af fluoranthen. Der er ikke påvist indhold af benz(a)pyren og dibenz(a,h)anthracen i nogen af prøverne. 6.3 Indhold af kemiske stoffer i eluatIndholdet af vandopløselige organiske kemiske stoffer i hver af de fem sandfraktioner fremgår af tabel 6.3. De viste koncentrationer er bestemt på eluat fra de gennemførte test af permeabilitet, og resultaterne er alene et udtryk for den potentielle udvaskning af stof fra hver fraktion. Tabel 6.3 Indhold af organiske stoffer i eluat i µµg/l (*: mg/l)
Udvaskningspotentialet er stort i fraktioner med indhold af frisk fremstillet sand (D og E), samt i støvfraktionerne (A og B). Fraktion C, der væsentligst indeholder sand, har et lavt udvaskningspotentiale. Resultaterne viser god overensstemmelse med de påviste koncentrationer i faststof fra hver af de 5 sandfraktioner. 6.4 Kemisk karakteriseringDen udførte kemiske karakterisering har afdækket koncentrationerne af kemiske stoffer i de fem fraktioner af overskudssand og –støv. Generelt er der konstateret et lavt indhold af PAH’er og et svagt indhold af naphtalener, og som forventet er der påvist indhold af de kemiske stoffer, der udgør reaktanterne i den kemiske proces, hvorved den højmolekylære harpiks dannes. Arbejdsprocesserne, der genererer de fem forskellige fraktioner giver tydelige forskelle i fraktionernes kemiske og fysisk-kemiske sammensætning. Godsrensningens støv- og sandfraktioner (B og C) viser et tydeligt forhøjet indhold af tungmetallerne chrom, kobber, nikkel og zink. Det forhøjede indhold af metaller i disse to fraktioner skyldes formentlig anvendelsen af stålhagl til godsrensningen, og metallerne findes formodentlig især i metallisk form som partikler af jern og stålhagl. Udslagningens støvfraktion (A) viser et tydeligt forhøjet indhold af organiske stoffer knyttet til støv af højmolekylært harpiks, mens fraktionerne af forskellige spild og defekte forme mv. (D og E) afspejler sammensætningen i det anvendte støbesand, og for disse to fraktioner er indholdet af kemiske stoffer, der indgår i polymeriseringen, ligeledes forventeligt på et højere niveau. En fortsat polymerisering vil formentlig for flere af fraktionerne medføre ændringer i koncentrationerne af organiske stoffer over tid. 6.5 Miljømæssigt problematiske stofferDe fem fraktioner af overskudssand er ved den kemiske karakterisering undersøgt for indhold af de kemiske stoffer, der i afsnit 5.1 er identificeret som miljømæssigt kritiske indholdsstoffer. Stofferne kan i en miljømæssig sammenhæng vurderes i forhold til deres mobilitet, samt for de organiske stoffer i forhold til deres nedbrydelighed. De opnåede resultater af den kemiske karakterisering af støbesandet er sammenlignet med Miljøstyrelsens kravværdier til ren jord vist i tabel 6.4 /7/. For stofferne methylfuraner, furfurylalkohol og p-toluensulfonsyre har Miljøstyrelsen ikke fastsat kravværdier til ren jord. Kravværdierne skal som udgangspunkt beskytte befolkningen mod unødig eksponering ved kontakt med jord, og kan derfor ikke direkte anvendes som kravværdier for beskyttelse af grundvand. I tabel 6.4 er endvidere vist kravværdier for stærkt forurenet jord i hhv. Nordjyllands Amt (klasseinddeling 0, 1 og 2) /8/ og amterne på Sjælland (klasseinddeling 1, 2, 3 og 4) /9/. Tabel 6.4 Kravværdier i mg/kg TS for udvalgte stoffer og grupper
a Naphtalen Immobile komponenter (metaller og PAH-forbindelser) I alle fem fraktioner er indholdet af PAH-forbindelser mindre end Miljøstyrelsens kravværdi til ren jord. I alle fem fraktioner er indholdet af metallerne bly, cadmium, chrom, kobber og zink ligeledes mindre end Miljøstyrelsens kravværdier for ren jord, mens indholdet af nikkel i fraktionerne B og C er større end Miljøstyrelsens kravværdier, og større end kriterierne for kraftigt forurenet jord i amterne. I disse 2 fraktioner (B og C) findes metallerne formodentlig især i metallisk form som partikler af jern og stålhagl. Udvaskningen af metaller fra disse fraktioner må forventes at være ubetydelig og dermed uproblematisk. Mobile komponenter I fraktion C er indholdet af organiske stoffer generelt lavt og indholdet af mobile komponenter er mindre end Miljøstyrelsens kravværdier til ren jord. I de øvrige fire fraktioner af overskudssand – A, B, D og E - er indholdet af organiske stoffer moderat til højt, og generelt er indholdet af mobile komponenter større end Miljøstyrelsens kravværdier til ren jord. De mobile komponenter omfatter BTEX’er, phenoler, naphtalener, p-toluensulfonsyre og furfurylalkohol. For p-toluensulfonsyre og furfurylalkohol er der ikke fastsat kravværdier. Udvaskningen af mobile komponenter er konstateret at være væsentlig i fraktioner med indhold af frisk fremstillet sand og i støvfraktionerne. Nedbrydning af organiske komponenter For stofgrupperne BTEX’er og phenoler er den aerobe nedbrydning god, mens den anaerobe nedbrydning som forventet er langsommere men dokumenteret. Tilsvarende forhold kan forventes for furfurylalkohol, mens p-toluensulfonsyre kan forventes at have en noget langsommere nedbrydning under både aerobe og anaerobe forhold /5/. 6.6 Samlet vurderingResultaterne af den kemiske karakterisering af de fem fraktioner af støbesand og den potentielle udvaskning af organiske stoffer fra disse fraktioner har vist, at fraktionerne B og C indeholder forhøjede koncentrationer af tungmetaller, mens fraktionerne A, B, D og E indeholder forhøjede koncentrationer af organiske stoffer, der indgår i den kemiske proces hvor der dannes en højmolekylær harpiks. Der er ikke påvist nævneværdige koncentrationer af PAH forbindelser. Tungmetallerne i fraktion B og C findes formodentlig især i metallisk form som partikler af jern og stålhagl, og udvaskningen fra disse fraktioner må forventes at være ubetydelig og dermed uproblematisk. De organiske stoffer i fraktionerne A, B, D og E omfatter hovedsagelig vandopløselige komponenter, og udgør de miljømæssigt mest problematiske stoffer. BTEX’erne, phenolerne og furfurylalkohol kan forventes at være biologisk let nedbrydelige under almindelige aerobe betingelser, mens nedbrydningen af p-toluensulfonsyre under disse forhold kan forventes at være mere vanskelig. Under anaerobe forhold kan nedbrydning generelt forventes at være reduceret. Med baggrund i resultaterne af den gennemførte kemiske karakterisering, og den mængdemæssige fordeling af overskudssand og –støv hos MAN B&W Diesel A/S i Frederikshavn, er det valgt at gennemføre nedbrydningsforsøg under aerobe forhold med overskudssand fra fraktion E.
|
