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

Karakterisering og behandling af vejopfej

Bilag 2 Beskrivelse af ligevægtskolonnetest til testning af udvaskningen af ikke-flygtige organiske forbindelser

Metodebeskrivelse for ligevægtskolonne til ikke-flygtige organiske forbindelser

(Hansen et al., 2004)

Introduktion:

Frigivelse af organiske stoffer fra restprodukter eller jord til vand anses for at være en betydelig proces, som kan føre til forurening af grundvand og overfladerecipienter ved genanvendelse eller deponering. For at sikre, at produkter forurenet med organiske stoffer ikke giver uacceptable påvirkninger af grundvand og overfladerecipienter, er det nødvendigt at bestemme udvaskningen af de forurenende stoffer fra disse materialer. Formålet med denne test er at bestemme udvaskningen af organiske komponenter fra restprodukter og jord. Det skal pointeres, at ikke alle relevante aspekter af udvaskningsegenskaber kan belyses i én udvaskningstest.

Tests til karakterisering af stofudvaskningen for uorganiske komponenter fra restprodukter og jord kan generelt opdeles i tre kategorier.

(1)    "Grundlæggende karakterisering": Tests, der anvendes til at opnå detaljeret information om udvaskningsegenskaber over varierende tidshorisonter samt karakteristiske egenskaber af testmaterialet.

(2)    "Overensstemmelsestest" anvendes til at bestemme om testmaterialet er i overensstemmelse med en specifik referenceværdi. Testen fokuserer på kritiske betingelser og udvaskningsegenskaber, som er identificeret gennem en grundlæggende karakterisering.

(3)    "On-site verifikation". Tests, der benyttes til en hurtig kontrol af hvorvidt materialet er det samme materiale, som det der er blevet underkastet en overensstemmelsestest.

Ligevægtskolonnetesten til organiske stoffer, som beskrives i denne protokol, bør ses i ovennævnte sammenhæng, og er en test på overensstemmelsesniveau (compliance test).

Anvendelse:

Metoden anvendes til beskrivelse af udvaskningen af ikke flygtige organiske forbindelser fra granulære affaldsmaterialer, restprodukter og jord.

Metoden retter sig mod vurdering af genanvendelse af mod genanvendelse/deponering af granulære restprodukter og opgravet jord.

Der er tale om en test på overensstemmelsesniveau (compliance test), og den gælder for bestemmelse af udvaskningen af PAH-forbindelser, ikke-flygtige olie-komponenter, phenoler og andre ikke flygtige organiske forbindelser.

Definitioner:

Udvaskningstest: Test, hvor et testmateriale (her jord eller granulære restprodukter) bringes i kontakt med et udvaskningsmedium under veldefinerede forhold.

Udvaskningsmedium: Væske, som anvendes i udvaskningstesten.

Eluat: Væske, som fås fra udvaskningstesten efter separation af væske- og faststof-fasen.

Væske/faststof-forhold (forkortelse L/S efter Liquid/Solid): Forhold mellem den totale mængde væske (udtrykt i liter), som under udvaskningen er i kontakt med testmaterialet (udtrykt i kg tørstof).

Tørstofindhold (forkortelse TS): forhold udtrykt i procent som andelen af tørstof i testmaterialet.

Laboratorieprøve: Prøve eller delprøver, som modtages på laboratoriet.

Testprøve: Prøve af passende størrelse, som udtages repræsentativt fra laboratorieprøven.

Testportion: Prøve af passende størrelse, som udtages repræsentativt fra testprøven (i nogle tilfælde dog direkte fra laboratorieprøven) og som anvendes i udvaskningstesten.

Udstyr og reagenser:

Alt materiale, som kommer i kontakt med jordprøverne, skal være udført i borasilikatglas eller AISI 316 rustfrit stål.

(1)       Glaskolonne købt hos imw (innovative Messtechnik Weiss) Wilhelmstrasse 107, 72074 Tübingen. Kolonnen skal være syrevasket og skyllet med methanol og placeret i varmeovn ved 200°C i minimum 24 timer. Glaskolonnen består af et 15 cm langt bundstykke med en diameter på 6 cm og et topstykke, der er 6 cm langt med en diameter på ca. 6 cm. De to kolonnedele har begge et ca. 5 cm langt glasslib, hvor de samles.  Samlet er kolonnen ca. 16 cm lang med et volumen på 450 ml.

(2)       Til kolonnen skal der bruges 2 stk. stålflancer,  ca. 12 cm lange (ø = 6 mm) med en gennemstukket og påloddet stålskive (ø =6 cm), 2 stk. rørforskruninger GL12 med plads til indlægning af en teflon coated siliconepakning  der lukker tæt om åbningen (gennemføringsdiameter = 6 mm).

(3)       Siliconefedt.

(4)       Pumpe med keramisk pumpehoved og stålcylinder, pumpekapacitet 0-96 ml / h (Pumpe: QG6 FMI LAB PUMP og pumpehoved: Q1 CSC m. bagskyl). Fås hos Microlab Aarhus A/S)

(5)       250 ml pyrex flaske med teflon coated septum (red cap flasker), flaskerne skal være syrevaskest og glødet ved 550 °C i 2 h.

(6)       Stålrør (vasket fra Sandvik) med udvendig diameter på 6 mm (forbinder pumpe og kolonne).

(7)       Swagelok (6MO-1-4 Male connector) til samling mellem pumpehoved og stålrør.

(8)       Swagelok (6MO-6 Union metric connector) til samling af stålrør.

(9)       1 rulle Teflon tape

(10)   Kvartssand 1,0-2,5mm.

(11)   2 stk. gummipropper m. hul (ø = 5 mm) –ikke gennemboret.

(12)   5 ml engangssprøjte m. 20 mm lang silicone (diameter: 5x1 mm)

(13)   2 stk. 4” svensknøgler.

(14)   1 stk. papegøjetang.

(15)   1 stk. niveaubord til pumpemotor

(16)   1 stk. stativ m. kolbeholder arm.

(17)   Ledningsevnemåler.

(18)   pH-måler

(19)   Turbiditetsmåler

(20)   Termometer

(21)   Teknisk vægt 0-2000 g. eller mere,  +/-  0,1 g. nøjagtighed.

(22)   Riffelneddeler (til ikke-flygtige stoffer)

(23)   Varmeskab til tørstofbestemmelse

(24)   Demineraliseret vand (5 < pH < 7,5) og ledningsevne < 0,5 mS/m

(25)   0,005M CaCl₂-opløsning i demineraliseret vand, som er tilsat NaN₃ (500 mg L^-1)

(26)   NaN₃ af analyseren kvalitet (Merck nr. 106688-0100)

(27)   CaCl₂  x 2H₂O af analyseren kvalitet (Merck nr. 102382-0500)

Testprincip

Testen udføres som en kolonneudvaskningstest med recirkulation af eluatet gennem kolonnen. Eluatet recirkuleres indtil der er opnået ligevægt mellem eluat og testmateriale (I praksis recirkuleres eluatet i 7 døgn). Testen udføres ved stuetemperatur (20 °C ± 5 °C).

Prøveforbehandling:

Testmaterialet vil være homogeniseret af DHI, men skal homogeniseres igen af testlaboratoriet umiddelbart inden testning. Efter homogenisering neddeles laboratorieprøven repræsentativt til en testprøve svarende til ca. 600 g tørstof. Fra testprøven udtages 3 testportioner á mindst 10 g repræsentativt til tørstofbestemmelse. Prøverne opbevares i lukkede glas eller metalbeholdere ved 4 °C.

Homogenisering og neddeling af testmaterialet skal enten foregå på et nedkølet materiale ved 4 °C eller på nedkølet materiale ved stuetemperatur, men hvor opholdstiden ved stuetemperatur minimeres.

Bestemmelse af tørstofindhold i testprøven:

Tørstofindholdet i hver af de 3 testportioner bestemmes ved 105 °C ± 5 °C i henhold til DS 204.

Tørstofindholdet (DR i %) beregnes som:

DR = 100*M_D/M_w

hvor

M_D  er massen af prøven efter tørring ved 105 °C (g)

M_W    er massen af prøven før tørring ved 105 °C (g)

Vandindholdet i prøven (MC i %) kan beregnes som:

MC = 100*(M_W - M_D)/M_W

Forberedelse af testportion:

Den resterende del af testprøven (ca. 500 g tørstof) anvendes til pakning af kolonnen. Mængden af materiale, der skal til for at fylde kolonnen afhænger af testmaterialets vægtfylde (g/cm³).

Fremstilling af udvaskningsmedie

Der fremstilles en 0,005M CaCl₂–opløsning i demineraliseret vand, hvortil der umiddelbart forinden er tilsat 500 mg L^-1 NaN₃ (natriumazid) for at minimere biologisk nedbrydning i udvaskningssystemet. Der fremstilles udvaskningsmedie efter behov.

Testprocedure:

Pakning af kolonne:

Selve glaskolonnen består af to dele – en lang del (bunden) og en kort del (toppen). Før kolonnen pakkes måles taravægt (inklusiv kolonne fittings nævnt under pkt. 2 i afsnit. Udstyr og reagenser) og volumekapaciteten. Procedure for pakning af kolonne er som følgende:

1)                 En lille tot glasuld placeres med pincet  i den ende af flancen  hvor pladen er monteret. Pres glasulden lidt sammen i røret.

2)                 Flangen lægges i kolonnebunden således at rørstutsen stikker ud gennem bunden på kolonnens indløb.

3)                 Monter rørforskruning og pakning omkring flangerøret og spænd forsigtigt røret sammen med kolonnedelen.

4)                 Sæt en  gummiprop i enden af flangerøret.

5)                 Placer kolonnen på en vægt således at delene ikke vælter.

6)                 Tarere  vægten.

7)                 I kolonnen pakkes nu først et filterlag svarende ca. 1 cm  kvartssand, som sikrer et jævnt vandflow før udvaskningsmediet ledes gennem den forurenede jord. Højden af sandlaget måles og vægten noteres.

8)                 Tarere vægten og afvej beholderen med udvaskningsmedie -noter startvægten

9)                 Med sprøjteflaske tilsættes udvaskningsmediet til søjlen, så der er et frit vandspejl på 1-2 cm.

10)             Ovenpå filterlaget pakkes et lag af testmaterialet.

11)             Testmaterialet komprimeres med en stål genstand (evt. med toppen af den anden stålflange).

12)             Ved pakning af testmaterialet fastholdes et lille frit vandspejl og udvaskningsmediet tilsættes efter behov, så det sikres at der ikke er indelukkede luftbobler i kolonnen.

13)             Gentag pkt 9-11 indtil kolonnen er fyldt til ca. 1 cm under kanten. Højden af testmaterialet i kolonnen måles og noteres.

14)             NB. Tilsæt ikke mere udvaskningsmedie end at der er plads til afslutte med filterlag uden at kolonnen løber over!

15)             Tarere vægten med kolonnen

16)             Afslutningsvis pakkes et filterlag bestående af  ca. 1 cm. kvartssand for at minimere mobilisering af partikler fra testmaterialet. Højden af sandlaget måles og vægten noteres.

17)             Den anden og sidste flange lægges i kolonnetoppen således at rørstutsen stikker ud gennem toppen af kolonnens udløb.

18)             Monter rørforskruning og pakning omkring flangerøret, men vent med at spænde sammen.

19)             Glasslibet på både kolonnetoppen og –bunden påsmøres et tyndt lag siliconefedt. Dette sikrer, at sammenføjningen er helt vandtæt, og det er vigtigt, at der ikke efterlades rester af siliconefedt på steder, som er i kontakt med udvaskningsmediet.

20)             Gennem toppen af kolonnens udløb tilsættes det sidste udvaskningsmedie indtil kolonnen er helt fyldt.

21)             Fortræng alle evt. luftbobler der måtte sidde på over- og undersiden af flancerøret. Dette gøres nemmest ved at bevæge røret lidt.

22)             Spænd herefter forsigtigt røret sammen med kolonnedelen.

23)             Sæt en gummiprop i topppen af flangerøret

24)             Tareres vægten og vej kolonnens totalvægt -noter vægten

25)             Afvej herefter beholderen med udvaskningsmedie  -noter slutvægten.

Følgende oplysninger registreres under pakning af kolonnen:

-         Mængde filtersand, der er pakket i hhv. top og bund

-         Mængde udvaskningsmedie der er tilsat systemet under pakning.

-         Mængden af testmateriale der er anvendt i kolonnen.

Bilag A indeholder et skema, som kan anvendes til registrering af nødvendige oplysninger under pakning af kolonnen og testning. Figur 1 viser en principskitse af kolonnetesten samt et billede af testopstillingen.

Figur 1. Principskitse af ligevægtskolonnetesten, samt billede af testopstillingen

Gennemførelse af testen

Efter pakning henstilles kolonnen i stativ med kolbeholder til equilibrering i 24 timer inden testen sættes i gang. I medens samles testsystemet som angivet på figur 1. Kolonne tilsluttes dog først efter endt ækvilibrering.

Opstarten foreår som følger:

1)                 Placer pumpen på niveaubord og tilslut 220 V.

2)                 Et indløbsrør monteres på pumpen vha. en 6MO-1-4 Male connector.

3)                 Tarere en 250 ml pyrex flaske (forlag) –noter vægten

4)                 Vip indløbsrøret fra pumpen ned i en 250 ml red cap pyrex flaske (forlag) tilsat ca. 250 ml udvaskningsmedie.

5)                 Tænd pumpen.

6)                 Pumpens flow indstilles til en hastighed på 20 mL h^-1 . Mål flow ved at aflæse ændringen i væskestanden ved hjælp af en 5 ml engangssprøjte monteret på pumpens udløbsrør.

7)                 Når flowet er indstillet, slukkes pumpen igen, og udløbsrøret fastgøres til kolonnens indløbsstuts. Fjern derfor først gummiproppen fra indløbsstudsen og spænd derefter de to rørdele sammen med Swagelok-fitting 6MO-6 Union metric connector.

8)                 Nu fjernes den sidste gummiprop fra kolonnens udløbsstuts. Det lange rørstykke, som går til forlag, tilsluttes udløbsstutsen v.h.a en  Swagelok-fitting 6MO-6 Union metric connector.

9)                 Spænd omløberne på swagelokfittings og undgå væsentlige vrid eller spændinger i opstillingen. Dette reguleres vha. niveaubordet og kolonnestativet.

10)             Neddyk ind-og udløbsrør i en 250 ml redcap pyrexflaske med teflon-coated septum (forlag)

11)             Tænd pumpen igen og hold øje med at der kommer små bobler ud fra udløbsrøret i forlaget.

12)             Hold øje med kolonnen i 1 times tid for at sikre, at der ikke er tilstopning eller utætheder. Vær opmærksom på at forlaget ikke må være 100 % tæt lukket eller kan evt. overtryk ikke udløses.

13)             For at forhindre fotokemisk nedbrydning af de organiske forbindelser i eluatet kan man med fordel pakke forlaget ind i stanniol.

14)             Eluenten pumpes via recirkulation igennem systemet med en flowhastighed på 20 mL h^-1 i 7 døgn.

15)             Efter 7 døgn er afsluttes testen og det opsamlet eluat i forlaget sendes til analyse. Inden da vejes eluatet i forlaget og flasken tara trækkes fra og vægten noteres.

16)             Kolonne, stålrør, stålfittings og pumpe rengøres efter brug.

Videre håndtering af eluatet:

Eluatet som er opsamlet i pyrex-beholderen sendes umiddelbart til kemisk analyse for ikke flygtige organiske stoffer.  Kan eluatet ikke analyseres umiddelbart efter opsamling opbevares det på køl ved 4 °C

Beregninger:

Væske/faststofforholdet (L/S-forholdet) i testen kan beregnes, idet testportionens størrelse angivet i tørstof er registreret og mængden af eluent i systemet er kendt.

Resultaterne af de kemiske analyser, som udføres på eluatet fra udvaskningstesten, angives som koncentrationer af de undersøgte stoffer i eluatet, udtrykt i mg/l. Denne koncentration er et udtryk for en den væskekoncentration, som opnås, når der er ligevægt mellem stofferne i testmaterialet og den gennemstrømmende væske.

Mængden af et stof udvasket fra testportionen kan beregnes ved hjælp af  følgende formel:

A₂ = C₂ *(L₂ + M*MC/100*k) / MD

        hvor

A₂    er den udvaskede mængde af en given komponent ved L/S = 2 l/kg (i mg/kg tørstof)

        C₂    er koncentrationen af komponenten i eluatet (i mg/l)

        L₂        er volumenet af udvaskningsmedie i systemet (i ml)

k      er en omsætningsfaktor mellem volumen og masse. I temperaturintervallet 15 – 25 °C sættes k = 1.00 ml/g (eller l/kg)

M    er mængden af testportion (g)

        MD er mængden af testportion (g TS)

Bilag A: Til registrering af oplysninger for ligevægtskolonnetesten til

organiske forbindelser

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

Version 1.0 November 2006, © Miljøstyrelsen.