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

Nyttiggørelse, rensning og fraktionering af havneslam 

5. Oversigt over metoder til separering og rensning af havneslam

Oplysningerne i dette afsnit bygger på projektet "Københavns Havn, Forbedring af vandmiljøet, Fase 1", Krüger og Carl Bro, 1999.

5.1 Metoder

Behandling af slammet indebærer som oftest væsentligt højere omkostninger end deponering. Værdien af udvundne genanvendelige fraktioner modsvarer ofte ikke behandlingsomkostningerne. Motivet for slambehandlingen er således normalt ikke at reducere de samlede omkostninger ved håndtering af slammet, men derimod oftest at reducere deponeringsbehovet og/eller at reducere slammets miljøbelastning. Mekanisk behandling er relativt simpel og dermed også relativt billig, men omkostningerne overskrider stadig meget deponering med konsolidering og afsluttende sandoverdækning. Videregående kemisk, biologisk eller termisk behandling er ofte dyr.

Valg af behandlingsform ved de mange forskellige havneslamsprojekter, der er udført i såvel Danmark som i udlandet, er således baseret på de meget forskellige lokale forhold med hensyn til deponeringsmuligheder, miljøforhold, myndighedskrav etc.

I det følgende er redegjort for en række erfaringer fra forskellige projekter med behandling af havneslam.

5.2 Fremgangsmåde

5.2.1 Separering

En grundlæggende betingelse for genanvendelse af havneslam som alternativ til den traditionelle deponeringsmetode er en indledende separering af slammet i fraktioner.

Det første trin er en udskillelse af fremmedelementer, typisk genstande, der er henkastet eller ligefrem kørt ud i havnen. Disse kan spænde fra biler til storskrald, men kan også bestå af tidligere bygningskonstruktioner som bolværker, pæle e.l., der ikke er fjernet i forbindelse med ændringer af havnebassinerne. I forbindelse med optagningen af slammet og transporten til et mellem- eller slutdeponi vil sådanne genstande skulle fjernes manuelt.

Næste trin i separeringen vil være udskillelse af fraktioner, der i kraft af partikelstørrelsen ikke vil kunne håndteres i de efterfølgende separeringstrin. Her kan være tale om større sten eller mindre fremmedelementer. Ved deponering i et mellemdepot vil denne separering finde sted, i kraft af at der til viderebehandlingen anvendes optagningsmetoder, eksempelvis pumpning, der ikke tillader passage af de større fraktioner.

Disse trin kan betegnes som grovrensningen og er en betingelse for at gennemføre separering af slammet i genanvendelige fraktioner. Ved grovrensningen reduceres forureningen af havneslammet ikke mærkbart, og de herefter udskilte genstande skal deponeres/bortskaffes som en affaldsfraktion.

Første trin i separeringen er en ristning, der reducerer kornstørrelsen i slammet til den for den videre separering nødvendige. Sammen med eller i stedet for ristningen kan der foretages en udskillelse af større og tunge fraktioner i et sandfang/udskillelsesbassin. De udskilte fraktioner vil i princippet være rene, da der ikke knyttes forurening til så store partikler.

Forureningen med tungmetaller er erfaringsmæssigt overvejende til stede i finere partikler. Ved separering i fraktioner med veldefinerede kornstørrelser kan det forventes, at der kan udskilles en grovere, lavt- eller uforurenet del fra den finkornede stærkere forurenede. Denne adskillelse kan finde sted i hydrocykloner, og dette princip er da også særdeles hyppigt anvendt, og erfaringerne er veldokumenterede i faglitteraturen. Funktionen er dog afhængig af lokale forhold og karakteren af såvel sedimenterne som forureningens karakter.

En avanceret metode til adskillelse af finere slamfraktioner fra det opslemmede slam er Actiflo™. Denne er interessant, hvis der forud er foretaget en meget vidtgående separation, og restproduktet til behandling skulle renses før deponering, medens den vil ofte være for dyr, medmindre det drejer sig om en næsten ren fraktion. Dette stemmer overens med erfaringer fra andre havne, hvor lignende rensemetoder er afprøvet.

En mere simpel metode end Actiflo™ til rensning af de udseparerede fraktioner kan udføres i bassiner, som kan være et simpelt jordbassin eller et egentligt bygværk. Under opholdet i bassinet foretages en spuling ved anvendelse af en ejektor med vand eller vand/luftblanding eller en beluftning med trykluft. Dette kombineres med en flotering og udskillelse af de finere partikler, der er fastsiddende på de separerede fraktioner.

Man kan etablere et indspulingsbassin, hvori opgravet havneslam indspules som en forfase til en finere separering. Der er gode chancer for, at en efterfølgende separering med hydrocykloner kan blive væsentlig nemmere, ved at en stor del af det fine materiale fjernes allerede før en efterfølgende finere separering i hydrocykloner.

På grund af de stærkt slidende og tunge materialer i havneslam skal der anvendes særdeles robuste risteaggregater. Der findes en del forskellige konstruktioner af rotertromler og båndriste, som anvendes f.eks. i stenindustrien, og sådanne vil umiddelbart kunne anvendes i dette tilfælde.

For at fjerne forureningen fra de udskilte materialer forsynes risteanlægget med vaskeanordninger, som kan benytte havvand til skylningen. Skyllevandet vil være forurenet med de afskyllede finere partikler og udledes derfor i det depot, hvorfra slammet optages til ristning.

Princippet i disse anlæg er, at slammet ledes igennem et volumen med en fremadgående strømningshastighed, og at partiklerne i opslæmningen har forskellig synkehastighed, bestemt af såvel partiklens rumvægt som dens størrelse. Materialerne vil i konsekvens heraf aflejres med en mere eller mindre kontinuert variation i kornstørrelsen, men ikke med en skarp adskillelse mellem fraktioner.

Bassinernes funktion kan forbedres ved valsebeluftning og eller valseinjektion af vand eller en luft/vand blanding, hvorved de bundfældede materialer renses for de mest forurenede små partikler, men denne metode kan næppe anvendes til andet end en grovsortering.

Anvendelse af hydrocykloner til separering af partiklerne i det opgravede havnesediment kan være en effektiv metode til at udskille partikelfraktioner, der er mere eller mindre rene og således vil kunne anvendes til andre formål. Mængden af sediment til deponering kan herved reduceres, og behovet for deponeringsareal reduceres tilsvarende.

Den opgravede suspension kan groft opdeles i vand, organisk stof og partikler, f.eks. ler, silt, sand samt grovere partikler. I separeringen af disse komponenter kan hydrocykloner blive anvendt til at udskille dele af specielt sandpartiklerne fra den øvrige del af suspensionen.

Hvilke fraktioner, der skal separeres i mht. antal og partikelstørrelser, afhænger af det aktuelle sediment og specielt, hvilke partikelfraktioner forureningen i sedimentet følger. Designet af hydrocykloner kan således tilpasses de aktuelle målinger af partikelfordelingen og forureningsgraden i de enkelte partikelfraktioner.

Hvis hydrocykloner anvendes til behandling af havnesediment er der typisk et behov for en fortynding af suspensionen inden tilledning til disse. Fortyndingen sikrer et korrekt tørstofniveau, nødvendigt for at opnå en god separering. Ligeledes skal større partikler i suspensionen fjernes inden tilledning til hydrocykloner for at forhindre en tilstopning af disse.

Hydrocykloner anvendes typisk til at fraskille og sortere partikler mellem 40 til 400 m m. Med en udskillelse af sandpartikler kan vandet med det organiske stof og mindre partikler renses i andre processer. De sorterede sandpartikler evt. opdelt i forskellige størrelsesfraktioner kan evt. renses til en kvalitet, der kan genanvendes til f.eks. uforurenet fyldmateriale.

Funktionen af en hydrocyklon er vist på Figur 5.1.

Af Figur 5.1 ses at tilløbet til hydrocyklonen kommer ind i toppen i et indløbskammer under tryk. Typisk anvendes et tryk mellem 1-2 bar. Indløbskammeret leder tilløbet enten tangentielt eller via en logaritmisk spiral ind i hydrocyklonen, så der dannes en hvirvelbevægelse i hydrocyklonen - den primære hvirvel. I indløbskammeret sidder også en "vortex finder", som forhindrer, at der sker en kortslutning direkte fra tilløbet til overløbet.

Figur 5.1
Funktion af hydrocyklon.

Hvirvelbevægelsen fra indløbskammeret fortsætter ned gennem en cylindrisk sektion og en konisk sektion, hvor de tunge partikler slynges ud mod væggen af hydrocyklonen via en kraftig centrifugalkraft. I den koniske sektion begynder der en dannelse af en sekundær hvirvel i midten af hydrocyklonen med en modsat retning op gennem hydrocyklonen.

De tunge partikler fortsætter langs væggen af hydrocyklonen og løber ud i bunden med underløbet ved "apex" delen af hydrocyklonen. Slam, partikler med en densitet tæt på vands og små partikler følger den sekundære hvirvel op gennem hydrocyklonen og ud gennem "vortex finder" til overløbet. Både overløb og underløb skal ske til atmosfærisk tryk. Fordelingen mellem overløbet og underløbet kan variere, men typisk løber ca. 80 % af tilløbet ud ved overløbet og således 20 % af tilløbet ud ved underløbet. Fordelingen bestemmes af forholdet mellem de valgte diametre for henholdsvis "vortex finder" og "apex" i hydrocyklonen. I mange tilfælde er centrifugalkraften så kraftig i hydrocyklonen, at der helt fra underløbet ved "apex" trækkes en lufthvirvel op gennem hydrocyklonen og med overløbet ud gennem "vortex finder".

Et indspulingsbassin, hvori opgravet havneslam indspules, kan anvendes som en forfase til en finere separering. Der er gode chancer for at en efterfølgende separering med hydrocykloner kan blive væsentlig nemmere, ved at en stor del af det fine materiale fjernes allerede før en efterfølgende finere separering i hydrocykloner. For mindre havne med begrænset belastning kan en bassinseparering vise sig at være tilstrækkeligt. Det vil oftest være nemmere og billigere at udføre en bassinseparering for mindre mængder end at anvende et hydrocyklonanlæg.

5.2.2 Afvanding

I forbindelse med optagning, behandling og deponering/genanvendelse af havneslam kan det i visse tilfælde være ønskeligt at foretage en koncentrering og afvanding af slammet. Slammet kan afvandes på slambede eller i mekanisk slamafvandingsudstyr. Afhængig af den valgte metode kan det være nødvendigt at forbehandle slammet, således at større partikler fjernes inden afvandingen.

Slambede kan placeres både under vand, i kystnære områder og på land. Slammet kan fjernes fra slambedet efter endt afvanding, således at slambedet kan bruges igen. Alternativt kan slambedsafvandingen foregå på selve deponeringsstedet.

Mekanisk slamafvanding kan foretages i centrifuger, sibåndspresser eller kammerfilterpresser. Hvis slammet efter separering og/eller rensning har et meget lavt tørstofindhold, kan det være en fordel at foretage en koncentrering før den egentlige afvanding.

I forbindelse med mekanisk koncentrering og mekanisk afvanding vil det sandsynligvis være nødvendigt at konditionere slammet ved tilsætning af både anionisk og kationisk polymer og samtidig overveje de miljømæssige konsekvenser.

Vandfasen fra afvandingen må kontrolleres og evt. renses inden udledning til recipient.

5.2.3 Efterbehandling

Det havneslam, der ikke kan klappes eller genbruges, skal deponeres.

For at spare deponeringsvolumen, subsidiært at gøre en del af havneslammet genanvendeligt til andre formål, f.eks. opfyldninger, kan bundsedimenterne i større eller mindre grad efterbearbejdes og renses.

I nedenstående figur 5.2 er vist, hvordan et sådant behandlingsanlæg kan tænkes udformet.

I behandlingsanlæggets første delproces opslæmmes og gennemiltes bundsedimenterne. Herved forbedres mulighederne for at videretransportere og håndtere sedimenterne i de efterfølgende delprocesser.

I dette procestrin skal også de største fraktioner i sedimentet frasorteres: sten, cykler, barnevogne o.l. Kort sagt alle de genstande, der ikke kan passere gennem en hydrocyklon.

Iltningen af sedimentet på dette stadie skal, i det omfang det er muligt, nedbryde de organiske forbindelser, der primært binder kviksølv (methylkviksølv) og tin (TBT).

Samtidig vil det være hensigtsmæssigt på dette procestrin at regulere pH i sedimentet for at få frigivet flest mulige metaller til den opløste fase. Hvorvidt der skal tilsættes syre eller base er afhængig af, hvad der er mest hensigtsmæssigt set i forhold til bl.a. iltningen og den efterfølgende behandlingsproces.

Næste fase i processen er en separering af materialet efter kornstørrelsen, så de groveste materialer kan frasorteres og genanvendes. Både det frasorterede grove materiale og det finkornede materiale skal i videst muligt omfang tillige skilles fra det vand, der anvendtes til opslæmningen, idet dette pga. pH-justeringen vil indeholde tungmetaller.

Da nogle metaller frigives ved lav pH (syre) og andre ved høj pH (base), og da begge typer ikke kan være opløst samtidigt, hvis der er adsorptive partikler til stede i vandet, er det nødvendigt at skille vand og suspenderet materiale, førend pH igen reguleres i sedimentet. pH reguleres nu til den modsatte yderlighed (syre/base) af det, der anvendtes i første trin. Herefter vaskes de to typer materialer, det grove og det fine med denne nye pH-værdi.

Det grove materiale genanvendes, og det fine deponeres eller gennemgår i ny serie processer med henblik på en efterfølgende brænding i et kraftværk e.l. Ved deponering eller forbrænding vil en eventuel opkoncentrering af faststofvoluminet kunne blive nødvendigt.

Vandet, dels fra separationen, og dels fra eftervasken af materialerne med den modsatte pH-værdi skal efterfølgende renses for dets indhold af metaller. Traditionelt vil der kunne anvendes en kemisk fældning, men denne proces producerer uforholdsmæssigt meget kemikalieslam. Derfor vil det være mest hensigtsmæssigt at anvende den nye MetClean™ vandrenseproces, idet denne hovedsagelig kun producerer granulat, der let kan afvandes, som er mere stabilt end det kemiske slam og kun udgør 10-20 % af det volumen, som det kemiske slam udgør og det endda efter en efterbehandling af slammet.

5.3 Erfaringer fra jordrensningsprojekter

Der foregår i Danmark løbende et arbejde med at forbedre eksisterende og udvikle nye metoder til rensning af forurenet jord (Orientering fra Miljøstyrelsen Nr. 4, 2000).

Der er både forskelle og ligheder mellem problemstillingen i.f.m. forurenet jord og forurenet havneslam.

Figur 5.3 Se her!
En oversigt over den kombination af procesenheder, der udgør jordvaskeanlægget, der i 1999 var opstillet på K.K. Miljøteknik's anlæg i Rødby (Miljøstyrelsen 2000c)

Principperne i dette anlæg (Miljøstyrelsen 2000c) er i hovedtrækkene de samme, som gennemgået i afsnit 5.2. Rapporten vurderer, at der er et potentiale for jordvask i Danmark, men at der er brug for yderligere forsøg til at vise, om resultaterne kan forbedres i et anlæg evt. opbygget med supplerende enhedsoperationer, i forhold til anlægget fra Werner Frantzen. Der var ingen markant forskel på resultaterne af rensning for tungmetaller og for tunge olieprodukter.

Det vurderes at mange af de problemer, der blev identificeret var forårsaget det meget heterogene materiale, og det må forventes at et anlæg opbygget efter lignende principper anvendt på havneslam, vil give en bedre separation i en forurenet og en ikke-forurenet fraktion.

I et projekt fra 1998 er den seneste viden indsamlet om fire hovedtyper af metoder til oprensning af jord forurenet med tungmetaller: Elektrokinetisk rensning, oprensning ved hjælp af planter, jordvask og stabilisering af tungmetallerne i jorden. Det vurderes, at der næppe er én metode, der kan rense alle jordtyper for alle metaller. Rensningsmetoderne skal indrettes således, at de er effektive over for bestemte metaller eller bestemte jordtyper. Projektet konkluderer, at jordvask især vil kunne anvendes ved sandede jorde, hvor en efterfølgende oprensning af de fine partikler måske kunne ske ved elektrokinetisk rensning (Miljøstyrelsen 1998c).

5.4 Udviklingsbehov

Ulemperne ved en separering og rensning af havneslam er, at metoden teknisk set er kompliceret og dyr, samt at den kræver et udviklingsarbejde med henblik på at etablere et eller flere anlæg, som kan anvendes under danske forhold.

Endvidere er omkostningerne i forbindelse med separering og rensning store i forhold til de nuværende deponeringsmetoder. Det er derfor vigtigt, at havnene i så stor udstrækning som muligt reserverer områder til fremtidig nyttiggørelse/deponering af de oprensede mængder fra havnebassiner og sejlrender. Disse områder kunne samtidig være mellemdepoter for nyttiggørelse af de sandede oprensningsmateriale.

Det drejer sig primært om at undersøge, om det fraseparerede sand er så rent, at det kan bruges vilkårlige steder, eller om det kræver en efterfølgende kemisk behandling for at fjerne den resterende forurening. Der udføres. p.t. forundersøgelser vedrørende dette i Københavns Havn i forlængelse af de allerede udførte vurderinger af mulighederne for at forbedre vandkvaliteten (Krüger og Carl Bro, 1999).

Et mobilt anlæg, finansieret af flere havne, kan være et af midlerne til at gøre separering konkurrencedygtig over for "simpel" deponering, og det bør fra centralt hold overvejes at undersøge mulighederne for at igangsætte et fuldskalaforsøg. Separering må antages kun at blive konkurrencedygtig, hvis det kombineres med et midlertidigt depot. Separeringen kan derefter foregå i døgndrift i en længere periode. Det vurderes, at etableringen af et anlæg kræver et udviklingsprojekt, hvor oprensningsbehov (havne, sedimentmængder, sedimentsammensætning, indhold af forurenende stoffer), teknik, økonomi og afsætningsmuligheder udredes.