Miljøprojekt, 1098 – Miljøstyrelsen og MAN B&W Diesel A/S - Karakterisering og nedbrydning af organiske indholdsstoffer i furansand fra støberier

Miljøstyrelsen og MAN B&W Diesel A/S - Karakterisering og nedbrydning af organiske indholdsstoffer i furansand fra støberier

Bilag A

Resumeer af referencer

Amternes Videncenter for Jordforurening, 1997.

Branchebeskrivelse for jern- og metalstøberier.

Teknik og administration, 1997.

Rapporten er en generel branchebeskrivelse udarbejdet med henblik på amternes undersøgelser af jord- og grundvandsforurening i forbindelse med kortlægning af forurenede arealer m.v. Rapporten omfatter bl.a. en overordnet gennemgang af branchen og den historiske udvikling heraf samt forslag til analyse-programmer ved forureningsundersøgelser. Af relevans for furansands støberier peges der på følgende analyseparametre: Metaller (bly, cadmium, chrom, kobber, nikkel og zink), aromatiske stoffer fra opløsningsmidler (benzen, toluen og xylener), phenoler (phenol, cresoler og xylenoler) samt specifikke stoffer (formaldehyd, furfurylalkohol og p-toluensulfonsyre).

Baier, J., 1991.

Stand der Entwicklungsarbeiten zur Verminderung der PAH-bildung in Bentonitgebundenen Formsanden.

Artikel fra Giesserei 78, Nr. 11, Mai 1991.

Der må forventes lavere indhold af PAH’er i furansand end i bentonitbundet sand, idet pyrolyse af kulmel (især stenkulsmel) under støbningen udgør en væsentlig kilde til dannelsen af PAH’er sandet. Dannelse sker ved temperaturer under 700 °C.

Bradke, H. J. & H. Hansonis-Jouleh., 1993.

Untersuchungen zur umweltrelevanten Beurteilung von Formstoffen für die Form- und Kernherstellung. TEIL III.

Institut für Gewerbliche Wasserwirtschaft und Luftreinhaltung E.V.

En række typer af overskudssand er undersøgt. Herunder er der udført udvaskningsforsøg med disse. Blandt sandtyperne er repræsenteret afstøbt furansand. Der er fundet indhold af phenoler, formaldehyd og kulbrinter i vand fra udvaskningsforsøg med furansand.

Carey P. R. & Lott, M., 1995.

Sand Binder Systems Part V - Furan No-Bake.

Artikel fra Foundry management & Technology, July 1995.

Artiklen omfatter en gennemgang af anvendelsen af furansand (furan no-bake). Herunder nævnes også de forskellige syrer, der anvendes som katalysatorer for hærdningen af furansand (phosphorsyre, toluensulfonsyre, xylensulfonsyre og benzensulfonsyre). Ved mekanisk genanvendelse af furansand kan mere end 90 % genanvendes. Ved anvendelse af termisk eller mekanisk/termisk genindvinding kan 100 % genanvendes. Der kan forekomme arbejdsmiljøproblemer med frigivelse af formaldehyd og phenol fra sandet. Phenol nævnes også som udvaskelig fra affaldssand.

Chelsea Center for Recycling and Economic Development, 2000.

Characterization of Foundry Sand Waste. Technical Report # 31.

University of Massachusetts. October 2000.

Manglende kemisk karakterisering af brugt støbesand udgør en begrænsende faktor for optimal genanvendelse af sandet. Det primære mål med undersøgelsen har derfor været karakterisering af støbesand. Det blev fundet, at udvaskning af metaller fra støbesand generelt var lav og på niveauer under gældende grænseværdier. Højeste niveauer blev fundet for chrom, bly, kobber, zink, nikkel og cadmium. For furansand blev der tilsvarende fundet lav udvaskning af organiske stoffer. Ved udvaskning blev der primært fundet indhold af BTX’ersamt syre anvendt til hærdning (her benzoesyre).

Ham, R. K., W. C. Boyle & T. P. Kunes, 1981.

Leachability of Foundry Process Solid Wastes.

Artikel fra Journal of the Environmental Engineering Division, vol. 107, 1981.

Der er udført udvaskningsforsøg med støbesand herunder furansand. Udvaskning er dokumenteret ved indhold i vandet af BOD (biologisk iltforbrug), COD (kemisk iltforbrug) og metaller (herunder tungmetallerne kobber (Cu), zink (Zn) og chrom (Cr)).

Ham, R. K., W. C. Boyle, E. C. Engroff & R. L. Fero, 1989.

Determining the Presence of Organic Compounds in Foundry Waste Leachates.

Artikel fra Modern Castings I, July 1989.

Formålet med studiet var at undersøge indhold af organiske stoffer i overskudssand fra jernstøberier. Studiet omfattede bl.a. overskudssand fra et støberi, som anvender furansand (”furan no-bake”). Analyserne blev udført ved GC/MS og GC/FID. I furansand blev der primært fundet indhold af furanforbindelser, BTEX’er samt syre anvendt til hærdning (her benzoesyre).

Ham, R. K., W. C. Boyle, E. C. Engroff & R. L. Fero, 1993.

Organic Compounds in Ferrous Foundry Process Waste Leachates.

Artikel fra Journal of Environmental Engineering, Vol. 119 (1), 1993.

Indhold af organiske stoffer er undersøgt i vand fra udvaskningsforsøg med overskudssand fra jernstøberier. Studiet omfattede bl.a. overskudssand fra et støberi, som anvender furansand (”furan no-bake”). Udvaskningen er udført ved US EPA’s TCLP metode (”Toxicity Characteristic Leaching Procedure”). I vand fra udvaskning af furansand blev der fundet indhold af BTX’er samt syre anvendt til hærdning (her benzoesyre).

Herzschuh, R. & L. Kolb, 1984.

Die Bestimmung von Organischen Schadstoffen in der Luft und in Altsanden von Eisengiessereien.

Artikel fra Wissenschaftliche Zeitschrift der Karl-Marx-Universität, Leipzig, 1984.

Det har været målet med artiklen at identificere indhold af organiske forurenende stoffer i overskudssand fra jernstøberier herunder især stoffer dannet som pyrolyse-produkter under støbningen. Ved forsøg med furansand er der som pyrolyse-produkter fundet furan, methylfuraner, BTEX’er, naphthalener og PAH’er.

Javed, S. & Lovell, C. W., 1995.

Uses of Waste Foundry Sands in Civil Engineering.

Artikel fra Transportation research record, 1486. 1995.

Artiklen behandler forskellige typer sand fra jernstøberier med fokus på mulighederne for genanvendelse som fyldmaterialer m.m. Kemisk bundet sand accepteres til genanvendelse ved udførelse af udvaskningstest. Dog anbefales der yderligere undersøgelser af indhold af kemiske og organiske additiver inden genanvendelse.

Javed, S., Lovell, C. W. & Wood, L. E., 1994.

Waste Foundry Sand in Asphalt Concrete.

Artikel fra Transportation research record, 1437. 1994.

Her nævnes, at støbesand kan anvendes som geoteknisk fyldmateriale og som supplement af fint materiale til asfalt. For asfalt viser forsøg dog, at max. 15 % af det fine materiale må bestå af støbesand. Artiklen indeholder desuden oplysninger af geoteknisk karakter om støbesand.

Kauffmann, P. & Voigt, R., 1997.

Modeling Foundry Air Emissions.

Artikel fra Modern Casting, Vol 87 (5). 1997.

I denne artikel er indsamlet emissionsdata fra et jernstøberi, der bl.a. anvender coldbox-kerner. Der blev målt emissioner ved ophældnings- og kølearealer. Der blev målt for benzen og VOC (totalindhold af flygtige stoffer). Det viste sig, at tilstedeværelse af sand fra coldbox kerner øgede emissionerne, især af benzen.

Lahl, U., 1992.

Recycling of waste foundry sands.

Artikel fra The Science of the Total Environment, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, 1992.

I artiklen anføres det, at grundet indhold af PAH’er i overskudssand kan deponering eller genanvendelse af sandet være problematisk. Det anføres, at organiske bindersystemer f.eks. som anvendt til furansand kan danne PAH’er som pyrolyse-produkter opstået under støbningen. Pyrolyse-produkterne dannes ved temperaturer på 300 – 700 °C under reducerende betingelser. Der er fundet indhold af PAH’er i sand fra tyske støberier på 0,4 - 228,9 mg PAH/kg sand. Der er givet estimater på omkostninger ved regenerering af overskudssand til genanvendelse i støberier på mellem 95 og 105 DM/tons sand.

Lytle, C. A., Bertsch, W. & McKinley, M., 1998.

Determination of novolac resin thermal decomposition products by pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry.

Artikel fra Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, Vol. 45(2), 1998.

Heri beskrives resultater af pyrolyse af et bindemiddel ofte anvendt på støberier. Bindemidlet dannes ved polymerisering af phenol med formaldehyd. Efterfølgende krydsbindes og hærdes det. Kontrolleret pyrolyse af bindemidlet kan anvendes som model for emissionen af VOC’er på støberier. Resultatet af pyrolysen viser, at der dannes benzen, toluen, phenol, methylphenoler, naphthalen, methylnaphthalener og PAH’er samt nogle meget letflygtige organiske forbindelser som methan, ethen og propen.

Miljøstyrelsen, 1990.

Prioritering af lossepladser og kemikalieaffaldsdepoter.

Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen dateret maj 1990.

For overskudssand fra furansand (kemisk bundet sand) nævnes phenol, formaldehyd samt syre anvendt til hærdning (f.eks. toluensulfonsyre og phosphorsyre) som forureningskomponenter.

Miljøstyrelsen, 1996.

Status for produktion og disponering af restprodukter og jord.

Miljøprojekt nr. 334. 1996.

I denne rapport beskrives blandt andre emner anvendelsen af phenol- og furansand i Danmark. En analyse af sandet viser indhold af tungmetaller, BTEX’er, phenol, cresoler og PAH’er.

National Engineer, 1998.

Navistar foundry recycles 350 tons a day of dust and spent sand into usable product.

Artikel fra National Engineer, Vol. 102 (1), 1998.

Denne artikel beskriver et anlæg der kan homogenisere støbesand og støv. Disse to fraktioner kan blandes med vand i et ønsket forhold, fra rent sand og vand til rent støv og vand. Herefter forventes materialet at kunne anvendes i asfalt, beton og cement eller som opfyldning ved vejprojekter.

Orkas, J., 2000.

Re-use of Foundry Sand in Scandinavia.

Artikel fra 12^th AFS International Environmental, Health & Safety Conference, October 2000.

Målet med arbejdet har været at analysere indhold af forurenende stoffer i støbesand almindeligvis anvendt i Skandinavien herunder bl.a. furansand. I alle analyserede prøver blev der fundet mindre indhold af phenoler og PAH’er.

Partridge, B. K., Fox, P. J., Alleman, J. E. & Mast, D. G., 1999.

Field demonstration of highway embankment construction using waste foundry sand.

Artikel fra Transportation Research Record, Vol 1670. 1999.

I artikel beskrives et genanvendelsesprojekt med sand fra et jernstøberi. Sandet er indbygget i en vold under en motorvej. Til sammenligning er almindeligt sand indbygget i halvdelen af volden. Foruden geotekniske egenskaber blev der nedenfor volden udtaget perkolatprøver fra boringer og med lysimeter. Vandprøverne er undersøgt for toksisk effekt (Microtox og Nitrotox) samt indhold af ioner (F^-, Cl^-, SO₄^2- og NO₃^--N) og 11 metaller. Det viste sig, at vandet under støbesandet ikke var mere toksisk og ikke havde højere indhold af metaller end vandet under det almindelige sand. Der var tegn på øgede koncentrationer af F^- og SO₄^2- under støbesandet. Koncentrationerne var dog under de fastsatte grænseværdier for genanvendelse. Det største problem i forbindelse med støbesandet var håndteringen af dette under anlæggelsen af volden. Især var støv et stort problem. Det anbefales at undersøge indholdet af organiske komponenter i sandet, da disse kan hænge sammen med de toksiske effekter, der kan evt. observeres.

Trombly, J., 1995.

Recasting a Dirty Industry.

Artikel fra Environmental Science and Technology, Vol 29 (2). 1995.

Artiklen her beskriver tiltag til et program til reduktion af emissioner fra støberier i USA. Især aromater som toluen, xylener, phenol og napthalen ventes at kunne påvises i betydelige mængder. Støbningsprocessen er skitseret og forventede emissionskilder er markeret. Især forventes problematiske emissioner at opstå, når det organiske bindemiddel, der er tilsat støbesandet, bliver opvarmet af det varme metal. Herved fordamper bindemidlet og danner toksiske komponenter.

US EPA, 1998.

Profile of the metal Casting Industry.

EPA Office of Compliance Sector Notebook Project, 1998.

I denne rapport findes detaljerede beskrivelser af mange støberiprocesser og de emissioner og restprodukter de medfører. Kemisk bundet sand beskrives at forårsage følgende emissioner: Partikler, metaloxid, carbonmonooxid, ammoniak, hydrogen sulfid, hydrogen cyanid, svovldioxid, nitrogen oxid og små mængder af andre farlige gasser (HAPs). Produktionens spildevand kan indeholde metaller, phenoler og andre organiske stoffer stammende fra støvopsamlings systemer og vandafkøling af forme. Det støbesand, der ikke længere kan anvendes, indeholder metal og rester af kemisk bindemiddel.