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

Sammenfatning og konklusioner

Trods en væsentlig intern genanvendelse af støbesand producerer de danske støberier hvert år en betragtelig mængde overskudssand. I støberier hvor der anvendes kemisk bundet støbesand kan overskuddet fraktioneres efter de processer, hvor overskudssandet genereres. Denne fraktionering resulterer i ensartede partier af overskudssand, hvoraf flere har et lavt indhold af miljømæssigt problematiske stoffer. Partier af overskudssand med et stort indhold af en række organiske stoffer udgør de miljømæssigt mest problematiske fraktioner, og i dette projekt er det desværre konstateret, at anvendelsen af nogle helt simple renseteknikker ikke er tilstrækkeligt til at nedbringe indholdet af de væsentligste organiske indholdsstoffer i disse fraktioner.

Baggrund og formål

De danske støberier producerer af størrelsesordenen 80.000 tons overskudssand årligt, hvoraf ca. 20.000 tons er affaldssand fra støberier, der anvender kemisk bundet støbesand. Hovedparten af det overskydende kemisk bundne affaldssand deponeres på kontrollerede lossepladser, primært fordi overskudssandet indeholder restmængder af phenoler, aromatiske kulbrinter og andre organiske forureninger.

På danske støberier recirkuleres væsentlige dele af den anvendte sandmængde til fremstilling af nye støbeforme, og den samlede mængde overskudssand er derfor reduceret til et minimum. De samlede mængder af overskudssand er imidlertid af en størrelse og en karakter, hvor en nyttiggørelse af dette overskudssand uden restriktioner eller eventuelt med lempelige restriktioner er interessant. Nyttiggørelsen af overskudssand til eksempelvis genindbygning ved anlægsarbejder vil reducere anvendelsen af naturressourcer – eksempelvis sand og grus – og mindske behovet for deponeringskapacitet på kontrollerede lossepladser.

Dette projekt har haft til formål at undersøge indholdet af miljømæssigt problematiske stoffer i fem fraktioner af kemisk bundet overskudssand fra støberiet på virksomheden MAN B&W Diesel A/S i Frederikshavn. På baggrund af kemiske analyser af de fem fraktioner af overskudssand, samt en undersøgelse af sandkredsløbet i støberiet hos MAN B&W Diesel A/S, er hver af de fem fraktioners mængdemæssige størrelse og kemiske sammensætning belyst.

Projektet har endvidere haft til formål at identificere egnede rensningsmetoder med henblik på at nedbringe indholdet af organiske indholdsstoffer i overskudssand, og at gennemføre laboratorieforsøg med overskudssand, for at dokumentere mulighederne for en indledende simpel rensning af overskudssand.

Undersøgelserne

Undersøgelsen har omfattet kemiske analyser på fem fraktioner af overskudssand fra støberiet hos MAN B&W Diesel i Frederikshavn. De udtagne prøver af kemisk bundet støbesand er analyseret for indhold af en lang række af organiske komponenter og tungmetaller valgt ud fra erfaringer og et indledende litteraturstudie. De kemiske analyser har identificeret indholdsstofferne og koncentrationsniveauerne i de fem fraktioner af overskudssand.

Resultaterne af den gennemførte kemiske karakterisering og en vurdering af de miljømæssigt mest problematiske indholdsstoffer har dannet grundlag for efterfølgende laboratorieforsøg med at nedbringe indholdet af organiske komponenter i en af de fem fraktioner af støbesand.

Hovedkonklusioner

Den kemiske karakterisering af fem fraktioner af overskudssand fra støberiet på MAN B&W Diesel A/S viser, at de fem fraktioner hver især har ensartede koncentrationer af indholdsstoffer i tre gennemførte prøvetagningsrunder. De fem fraktioner udgør hovedparten af den samlede mængde overskudssand, og for hver fraktion udgør den kemiske karakterisering et godt grundlag for vurdering af mulighederne for at nyttiggøre dette overskudsprodukt.

De miljømæssigt mest problematiske stoffer identificeret i overskudssand fra støberiet på MAN B&W Diesel A/S er stofgrupperne af aromatiske kulbrinter og phenoler, samt enkeltstofferne p-toluensulfonsyre og furfurylalkohol. Disse organiske stoffer er hovedsagelig konstateret i støvfraktioner og i fraktioner med indhold af frisk støbesand.

Koncentrationerne af aromatiske kulbrinter og naphtalener er sammenstillet med og overskrider Miljøstyrelsens kravværdier for ren jord, mens koncentrationerne af phenoler ikke overskrider Miljøstyrelsens kravværdier for ren jord. De organiske stoffer er vandopløselige og kan forventes at være biologisk nedbrydelige, om end oplysningerne om nedbrydning af p-toluensulfonsyre er noget varierende.

Nedbrydningen af organiske stoffer i støbesand er undersøgt ved laboratorieforsøg gennem en 14 ugers periode. Ved laboratorieforsøget er effekten af hhv. befugtning, beluftning og podning med bakterier undersøgt. Undersøgelserne viste, at der indenfor den undersøgte tidsperiode generelt ikke kunne observeres tydelige tegn på nedbrydning af de undersøgte organiske stoffer. For stofferne furfurylalkohol, formaldehyd og delvis også gruppen af phenoler, ses dog tydelige fald i koncentrationerne, hvilket tolkes som en fortsat polymerisering af harpiks i forsøgsopstillingerne.

Resultaterne af det gennemførte projekt viser, at den undersøgte fraktion af støbesand indeholder organiske stoffer, der overordnet ikke viser nogen nævneværdig reduktion i stofkoncentrationen ved behandling med simple renseteknikker som befugtning, beluftning og podning med bakterier.

Projektresultater

På støberiet hos virksomheden MAN B&W Diesel A/S i Frederikshavn opsamles fem fraktioner af overskudssand og –støv. De fem fraktioner udgør tilsammen omkring 85 % af den samlede mængde overskudssand.

De fem fraktioner af overskudssand er blevet undersøgt for indholdsstoffer ved kemiske analyser af prøver udtaget i tre prøvetagningsrunder. De udtagne prøver er analyseret for en lang række af organiske komponenter og tungmetaller, som kunne forventes at forekomme i miljømæssigt problematiske koncentrationer i overskudssand. Resultaterne af den kemiske karakterisering har vist, at hver enkelt fraktion har ensartede niveauer af indholdsstoffer i alle tre prøvetagninger.

De identificerede indholdsstoffer i overskudssandet består hovedsagelig af organiske stoffer, der ved kemiske reaktioner danner en polymer harpiks i støbeformen, samt i mindre grad af stoffer dannet ved støbeprocessen eller af tungmetaller fra rensningen af det støbte gods.

To fraktioner af overskudssand fra godsrensningen indeholder lave koncentrationer af organiske komponenter og høje koncentrationer af tungmetaller, mens en fraktion af overskudssand fra udslagningen af gods indeholder høje koncentrationer af organiske komponenter og lave koncentrationer af tungmetaller. De to sidste fraktioner af forskelligt opfej og spild indeholder lave koncentrationer af tungmetaller og moderate koncentrationer af organiske komponenter.

Forhøjede indhold af tungmetaller omfatter stofferne chrom, kobber, nikkel og zink, mens forhøjede indhold af organiske komponenter omfatter stofferne p-toluensulfonsyre, furfurylalkohol, formaldehyd, phenoler, aromatiske kulbrinter, naphtalen og methylnaphtalener. Der er generelt ikke konstateret væsentlige koncentrationer af PAH’er i de fem fraktioner af overskudssand og –støv.

De konstaterede forskelle i koncentrationer af indholdsstoffer mellem de fem fraktioner kan forklares ved de processer, der genererer den enkelte fraktion af overskudssand. Anvendelsen af stålhagl ved rensning af gods bidrager med tungmetaller, der således findes bundet på metallisk form, mens støvfraktioner og fraktioner med indhold af frisk støbesand har forhøjede indhold af organiske komponenter fra dannelsen af den polymere harpiks.

De miljømæssigt mest problematiske stoffer identificeret i overskudssand fra støberiet er stofgrupperne aromatiske kulbrinter og phenoler, samt enkeltstofferne p-toluensulfonsyre og furfurylalkohol. Disse stoffer er vandopløselige, og forventes umiddelbart at være biologisk nedbrydelige under aerobe forhold, om end oplysningerne om nedbrydning af p-toluensulfonsyre er noget varierende.

Med henblik på at nedbringe koncentrationerne af de organiske stoffer i overskudssandet er der foretaget laboratorieforsøg med en fraktion af opskrab, opfej fra gulve og defekte forme mv., der samlet udgør ca. 34 % af den totale mængde af overskudssand. Laboratorieforsøget omfattede undersøgelse af ændringer i koncentrationen af de væsentligste organiske stoffer i støbesandet gennem en 14 ugers periode. Forsøget er gennemført i fire parallelle opstillinger med henblik på at vurdere effekten af hhv. befugtning, beluftning og podning med bakterier overfor en kontrol.

Resultaterne af det gennemførte laboratorieforsøg viser, at der – indenfor forsøgsperioden på 14 uger og ved de betingelser nedbrydningsforsøget blev udført under – ikke kunne konstateres en væsentlig reduktion i koncentrationerne af organiske indholdsstoffer. Koncentrationen af p-toluensulfonsyre er uændret i forsøgsperioden, og samtidig ses en fjernelse af phenoler, furfurylalkohol og formaldehyd, hvilket tolkes som en fortsat polymerisering af harpiks i opstillingen. For gruppen af phenoler og for furfurylalkohol ses i den podede opstilling en stigning mod slutningen af den 14 uger lange forsøgsperiode, og denne udvikling tolkes som en begyndende nedbrydning af den polymere harpiks i enkeltkomponenter.

Konklusionerne på de gennemførte undersøgelser og forsøg er, at den selektive opsamling af overskudssandet på støberiet hos MAN B&W Diesel A/S resulterer i veldefinerede fraktioner, der hver især har ensartede koncentrationer af indholdsstoffer.

Indholdet af tungmetaller er konstateret forhøjet i to fraktioner fra godsrensningen, hvor metallerne findes i metallisk form som partikler af jern fra rensning med stålhagl. Generelt er indholdet af tungmetaller i alle fraktioner dog mindre end kravværdierne for ren jord, idet kun indholdet af nikkel i de to fraktioner fra godsrensningen overskrider Miljøstyrelsens kravværdi. Der er her tale om metallisk bundet nikkel.

Indholdet af organiske stoffer er konstateret moderat til højt i tre fraktioner med frisk støbesand eller højt indhold af støv. Koncentrationerne af aromatiske kulbrinter og naphtalener overskrider i tre – fire af fem fraktioner Miljøstyrelsens kravværdier for ren jord.

Forsøg med nedbringelse af organiske indholdsstoffer i en af de fem fraktioner af overskudssand ved hhv. befugtning, beluftning og podning med bakterier har ikke resulteret i nogen væsentlig reduktion i koncentrationerne over en periode på 14 uger. En reduktion af koncentrationerne af organiske stoffer ved de testede simple rensningsteknikker vurderes derfor ikke at være mulig.