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

Nyttiggørelse, rensning og fraktionering af havneslam 

6. Separering og rensning af havneslam, cases

6.1 Mekanisk behandling

I Hamborg Havn har man, på baggrund af næsten et årtis forskning med forsøg både på laboratorie- og pilotskala-niveau, udviklet et storskala anlæg, der kan separere sediment mekanisk. Dette anlæg (METHA), som kan processere omkring 500.000-600.000 m³ tørstof om året (Pröpping 1997), er det eneste af sin slags på verdensplan.

Havnesedimentet i Hamborg Havn indeholder tungmetaller, mineralske olier, PCB og PAH. Mellem 40 og 98 % af sedimentet har en kornstørrelse < 63 mm og indeholder mellem 12 til 30 % organisk stof. Indholdet af tungmetaller og organisk stof viste sig at være tæt sammenhængende med kornstørrelsesfordelingen. Jo finere partikler og jo højere indhold af organisk stof, jo højere var forureningsindholdet. Derfor er første led i behandlingen af det afgravede materiale en separation i en silt-fraktion (<63 mm) og en sand-fraktion (>63 mm).

METHA fungerer, som vist på figur 6.1. Det afgravede sediment ankommer i pramme, disse tømmes med sugepumper og sedimentet lagres i et bassin med 300.000 m³ kapacitet, der virker som tids- og planlægningsbuffer. Grove fraktioner >80 mm sorteres fra vha. en "bar sizer" for at undgå tilstopninger længere fremme i systemet. Vha. to "cutter suction" gravemaskiner overføres materialet til forberedelsesprocessen ved hydraulisk transport. Som en yderligere beskyttelse af den efterfølgende proces sorteres alle partikler >10 mm fra vha. en cylinder sold. Den screenede suspension udfældes i en beholder og homogeniseres som forberedelse til sand/silt-separationen.

Separation af sand og silt foregår i to parallelle forløb med en total kapacitet på 200 tons/t (tør) og i to niveauer. I den første separationsfase, hydrocyclonen, bliver partikler <63 mm separeret fra vha. harmløse, adhæsive substanser. I den nedre ende af hydrocyclonen bringes sandet til den anden separationsfase, sortering vha. opadstigende flow. Sandet, der er blevet tilført dette opadstigende vand, separeres nu fra de fine partikler, der ikke blev separeret fra i første fase. Det rene sand afdrænes på en vibrationsrist til et vandindhold på ca. 10-15 % af vægten. I tilfældet i Hamborg Havn kunne dette sand genbruges til byggematerialer.

Mens afdræning af sand ikke udgør noget egentligt problem, er afdræningsprocessen af silt med høje mængder af organisk substans ekstrem problematisk. Den videre behandling og dræning forløber i mange etaper, der ikke skal beskrives i detaljer her. Investeringsprisen for METHA midt i 90'erne var 135 mio. DM, de årlige driftsomkostninger 40 mio. DM og bemandingen var 96 personer.

Figur 6.1 Se her!
Skitse af METHA-anlæg fra 1993.

I 1996 blev det allerede eksisterende METHA-anlæg i Hamborg Havn udbygget med endnu en klassificeringsenhed baseret på den samlede erfaring. Denne enhed vil gøre det muligt at opnå endnu en sediment-fraktion, nemlig en grov silt-fraktion (20-100 mm), som har vist sig at have en markedsværdi som et industriaggregat. Se Detzner (1998) for en mere uddybende beskrivelse.

Yderligere laboratorie- og pilotskala-forsøg har vist, at det er muligt at separere yderligere ved 20 mm i forbindelse med METHA-anlægget i Hamborg Havn. Det bedste resultat blev opnået med en totrins separation vha. af hydrocycloner og spiraler. Den producerede fraktion (20-150 mm) består hovedsageligt af kvartsmateriale med et lavt niveau af forurening. I 1996 blev METHA-anlægget udbygget med et forsøgsanlæg med en kapacitet på 50 t/t baseret på tørstof. De essentielle procedurer og tekniske komponenter består af følgende: hydrocycloner til separation ved 20 mm, spiraler til separering af fine organiske materialer og vakuum båndfilter til afvanding af den fine sand-fraktion. Se figur 6.2 for det endelige udseende af METHA-anlægget.

Målet er at kunne genbruge den ekstra fraktion til byggemateriale eller som tilsætning til disse. Tilladelse til at bruge fraktionen som tilsætning ved vejbyggeri overvejes allerede. Yderligere muligheder for nyttiggørelse, både for den almindelige silt og den fine silt, er produktion af mursten. Et firma i Hamborg har efter mange års planlægning og udvikling bygget et storskala teknisk anlæg, hvor det er muligt at producere højkvalitet mursten ud af sedimenter fra Elben. Kapaciteten af anlægget er ca. 5 mio. mursten om året.

Figur 6.2 Se her!
Skitse af METHA-anlæg fra 1998.

Investeringsudgifterne i forbindelse med METHA-anlægget var ca. US$ 80 mio., driftsomkostningerne beløber sig til ca. US$ 9 mio. pr. år inklusive ca. 100 ansatte på METHA-anlægget. Investeringsomkostningerne for vandbehandlingsanlæggene beløb sig til ca. US$ 6 mio. uden skyllevands-cirkulations-system, og de totale omkostninger for behandling og deponering var ca. US$ 50 mio. i 1994, PIANC (1997).

Forurenet afgravet materiale fra Rotterdam Havn placeres i et stort depotområde kaldet "de Slufter". Noget af dette materiale indeholder en del sand, og en undersøgelse blev udført for at undersøge metoder til at separere sand fra det fine materiale for at reducere den mængde, der kræver specielle deponeringsforhold.

Undersøgelsen resulterede i etablering af et storskala forsøgsområde. Afgravet materiale, der også indeholder sand, føres ind i testbassinet, der rummer 15.000 m³, hvorved det grove materiale separeres fra det fine. Hvis nødvendigt, blev vandindsprøjtning (water injection) brugt til at forbedre separationsprocessen.

Det forurenede fine materiale deponeres i et depot, og det rene sand bruges til opbygning af Slufter’s ringdæmning.

Forsøget gik ud på at optimere prisen på separeringen i forhold til det udbytte, man kunne få for det rensede sand og muligheden for at deponere den fine fraktion af det forurenede materiale (afhænger af materialets natur). Materialet, der sendes til separation, skal gennemsnitlig indeholde ca. 52 % >63 mm for at opnå en rentabel ligevægt.

Deibel I.K. et al (1993): Separation from sand out of sludge; a large scale test, CATS II Congress, Antwerp, 15-17 Nov., 1993.

Forurenet sediment fra fem forskellige lokaliteter er blevet separeret på grundlag af partikelstørrelse. Materialet separeres i en serie af hydrocycloner, hvor det "rene" sand fjernes fra det forurenede fine sediment.

I disse forsøg viste den "rene" sand-fraktion sig at være relativt lille for alle fem lokaliteter.

Derfor blev yderligere behandling ved gravitation og flydeteknikker udført. Dette gav meget gode resultater for de grove sedimenter, men effekten formindskes for faldende partikelstørrelse.

Afvanding med flokkuleringsmidler blev afprøvet på den fine fraktion af sedimentet. Pga. fjernelsen af de grove fraktioner fra det forurenede sediment er konsolideringsevnen af den fine fraktion forringet. Tilsætning af flokkuleringsmiddel (single) til det suspenderede materiale forårsagede en acceleration af sedimentationen. Konsolideringsevnen blev dog yderligere forringet. Ved tilsætning af et duo-flokkuleringsmiddel blev konsolideringsevnen derimod af samme størrelsesorden, som den var i det oprindelige ikke-separerede sediment. Dvs. at midlet havde en positiv effekt på konsolideringsevnen, der forinden var blevet forringet pga. separationen.

Det konkluderes, at det er vigtigt at bruge det samme udstyr til separering ved forundersøgelserne, som skal bruges i storskala. Ved brug af hydrocycloner er det muligt at opnå en betydelig reduktion i forureningen af sand-fraktionen. Det er dog nødvendigt, at sand-fraktionen er tilstrækkelig stor (hvor stor er ikke nævnt i artiklen). Da forureningen i finfraktionen øges, kan det stille ekstra krav til deponering af denne mindre mængde.

6.2 Kemisk behandling

Ekstraktion med kompleksdannere

Baseret på laboratorieundersøgelser er en teknik til ekstraktion af tungmetaller med kompleksdannere blevet udvalgt til videreudvikling. Følgende ekstraktionsstoffer er blevet testet: saltsyre (HCl), biokemisk produceret fosforsyre (H₂SO₄), citronsyre og "ethylene diamine tetra acetic acid" (EDTA). Ekstraktion med citronsyre resulterede i meget lave fjernelsesprocenter. Ekstraktion med HCl ved pH = 0,5 og 1,0 resulterede også i lave fjernelsesprocenter, men i dette tilfælde steg procenten ved beluftning. På trods af de rimelige resultater med HCl blev dette ikke udviklet yderligere, først og fremmest pga. den store mængde syre, der skulle bruges, da sedimentet var meget kalkholdigt. Ydermere pga. de forventede problemer med håndtering og deponering af det behandlede sediment og forurenede syre. Biokemisk ekstraktion med fosforsyre viste lovende resultater for fjernelse af metaller specielt for bly. Beluftning var nødvendig for at sikre de aerobe vækstbetingelser for de bakterier af slægten Thiobacillus, som blev anvendt. Kompleksdannerne viste meget lovende resultater i forbindelse med beluftning af slammet.

En oxidativ syreekstraktion til fjernelse af tungmetaller blev optimeret. Forurenet slam blev ekstraheret ved pH-værdier mellem 0 og 7. Den største mængde tungmetal blev ekstraheret ved de laveste pH-værdier, men en lav pH er ikke velegnet hverken teknisk eller kommercielt. Det blev valgt at gennemføre den oxidative syreekstraktion en pH-værdi på 2, da forskellen mellem den ekstraherede mængde ved pH-værdier mellem 1 og 4 var ret lille. På baggrund af forsøgene blev en ekstraktionstid på 2 timer valgt som det optimale. For at forøge effektiviteten af ekstraktionen blev hydrogenperoxid tilsat slammet inden syreekstraktionen. Desorptionen af Cd, Cu og Zn steg hurtigt for den dichromate-oxiderbar fraktion mellem 1 og 10 % oxidation, og Fe blev uopløseligt. Ved pH = 2 blev følgende mængder ekstraheret uden oxidation: 0,6 % Cu, 22 % Cd, 31 % Zn og 15 % Fe og med oxidation: 62 % Cu, 95 % Cd, 76 % Zn og 0,16 % Fe.

Stabilisering af oprenset sedimentet, således at metallerne ikke frigives, er undersøgt. Finfraktionen fra Hamborg Havn blev tilsat kalk, cement, flyveaske fra kul og gips, og udvaskning af metaller undersøgtes. De bedste resultater opnås ved tilsætning af kalksten (kalciumkarbonat). Bedste stabilisering opnås ved tilsætning af en blanding af flyveaske og speciel cement.

6.3 Biologisk behandling

Et modelskalaforsøg er blevet udført for at studere effekten af forskellige teknologier af biologisk oprensning, dvs. nedbrydning af organiske miljøgifte ved hjælp af mikroorganismer, af havnesediment forurenet med PAH, mineralske olier og TBT. Evnen til at nedbryde forureningskomponenter er testet ved tilsætning af kunstig inokula. Endvidere er evnen til at stimulere den naturlige mikrobiologiske population i sedimentet til biodegradering blevet undersøgt. Biodegradering forekommer i alle prøver, som er blevet forsynet med oxygen. Resultater antyder, at nogle mikrobiologiske sammensætninger er mere effektive end andre. Mineralske olier fjernes sammen med PAH med op til 10-30 % af den oprindelige koncentration.

6.4 Termisk behandling

Immobilisering af tungmetaller og en destruktion af organiske forbindelser

Havneslam fra fire forskellige hollandske havne er blevet undersøgt for muligheden af at opnå en immobilisering af tungmetaller og en destruktion af organiske forbindelser vha. termisk behandling. Det krystalliske resulterende produkt kan sammenlignes med naturlig basal sten og kan bruges til konstruktionsformål. Havneslammet separeres først i en relativ ren sand/silt-fraktion og en forurenet ler-fraktion. Den forurenede fraktion opvarmes ved temperaturer omkring 1.350 ^oC afhængig af den kemiske sammensætning, der påvirker smeltepunktet (alle prøver var smeltet efter 30 min. ved 1.300 ^oC). Temperaturer på 1.350 ^oC sikrer afgasningen af havneslammet. Efter smeltningen blev stoffet krystalliseret ved afkøling. Over hundrede prøver med forskellige sammensætninger blev smeltet og derefter krystalliseret ved forskellige nedkølingskurver. Forskellige nedkølingskurver giver forskellige strukturer af det krystalliske materiale. Det krystalliske materiale opnåede samme mineralogi som naturlig basal sten. Strukturen og mineralogien indikerer meget gode fysiske egenskaber.

To pilotforsøg med termisk behandling blev udført. Formålet med forsøgene var at afprøve metoden til rensning af Great Lakes-områder. Resultaterne viste, at raten af kviksølv, der fjernes fra sedimentet ved termisk behandling, ligger mellem 60 og 99, 9 %, og resultatet var afhængigt af opholdstid og afslutningstemperatur. For Cd, Zn og Pb ligger fjernelsesraterne mellem -30 til 55,8 %. De flygtige klorforbindelsers fjernelsesprocent lå mellem 81 og >99 %, og resultatet var afhængigt af opholdstid og afslutningstemperatur. Næsten alt det fjernede stof blev opfanget af en carbon absorber. Det meste af kviksølvet blev også opfanget af carbon absorberen, og kun værdier under det tilladelige blev målt i luftemission. Det gennemsnitlige indhold af kviksølv i emissionen lå på 0,001 % af det oprindelige indhold i sedimentet.

Pilotskala-forsøg viste for én slags sediment, at gennemsnitlig 78 % af PAH, >57 % af PCB og >71 % af kviksølvet blev fjernet fra sedimentet ved termisk behandling. For en anden slags sediment, der indeholdt langt flere PCB-forbindelser, var fjernelsesraten fra >79 % til >97 %. Ved væskeekstraktion fjernes fra 96-99,3 % af PAH og fra 99-99,7 % af PCB.

Nyttiggørelse ved termisk rensning af finfraktion som alternativ til deponering er undersøgt i forbindelse med METHA-projektet. Formålet var at undersøge muligheden for at nyttiggøre finfraktionen ved, dels at destruere den organiske forurening, dels fiksere de uorganiske forureninger ved reaktioner med lermineraler.

Ved fremstilling af mursten konkluderes at op til 50 % (w/w TS) kan tilsættes til murstensler uden at forringe den tekniske kvalitet. Derimod vil især kviksølvafgivelsen under brændingen af murstenene kræve omfattende luftrenseforanstaltninger.

Endvidere undersøges produktion af glasfibre - ved 1.300-1.350 ° C kan finfraktionen trækkes til fibre med diameter ca. 20 m m (kan anvendes til isolationsformål). Kræver forudgående effektiv tørring, idet materialet til processen højst må indeholde 5 % vand. Der blev udført et pilotprojekt med produktion af 10-15 mm piller (LECA) til brug for frostsikringslag i vejbygning ved termisk behandling ved 900 ° C, hvor uorganiske forureninger blev hårdt bundet i en keramisk struktur.

6.5 In-situ behandling

Pga. myndighedskrav blev blyforurenet sediment, der var planlagt til at blive fjernet, renset in-situ inden det blev afgravet. Rensningen foregik i en sænkekasse, hvor spunsvæggene var rammet ned til -4,5 m. For at undgå dispersion af kemiske stoffer eller sediment under rensningsprocessen, opretholdes en indadrettet hydraulisk gradient ved at pumpe vand væk fra sænkekassen. Det indpumpede vand blev efter sedimentering af suspenderet materiale ført til kloakken under opsyn, der betød daglige målinger. Behandlingen foregik lagvis, hvor det rensede lag afgraves med grab gravemaskine, og behandlingen fortsætter med det næste lag. Det behandlede sediment blev anbragt i vandtætte bassiner, hvor det blev drænet.

6.6 Konklusion

De gennemgåede erfaringer og forsøg med fraktionering, rensning og nyttiggørelse af forurenet havnesediment viser, at et meget bredt spektrum af metoder er afprøvet.. Praktiske erfaringer med separering og rensning af havneslam stammer hovedsagelig fra store havne som Hamborg og Rotterdam, hvor der er anvendt mekaniske metoder. Det vurderes, at anlæg til separering og nyttiggørelse under danske forhold også bør baseres på mekanisk behandling, idet det dog kan vise sig relevant at inddrage andre metoder som delprocesser i et samlet anlæg.