|
Rensning af jord med blandingsforureninger ved hjælp af termiske jordbehandlingsanlæg 2. Fuld-skala forsøg med termisk jordbehandling
2.1 Termisk jordbehandlingsanlægTil behandling af jord forurenet med olie og tjærestoffer er benyttet et semi-mobilt termisk jordbehandlingsanlæg, der behandler jorden ved termisk desorption. Princippet i anlægget er at jorden opvarmes til ca. 550° C i en rotérovn, hvorved de flygtige forureningskomponenter fordamper. Den dannede røggas, indeholdende de fordampede stoffer, renses efterfølgende først i røggasfiltre og efterfølgende i en efterbrænder. Røggassen vaskes i en røggasscrubber før udledning. Anlægget er dimensioneret til at behandle 10-15 ton jord pr. time med et indgangsvandindhold på ca. 10% I figur 2.1 er vist en principskitse af anlægget. Et detaljeret procesdiagram fremgår af den miljøtekniske beskrivelse af anlægget, som er vedlagt som bilag 2 Figur 2.1: Forud for behandling sigtes den forurenede jord over et 40 mm sold, hvorved sten og evt. bygningsaffald frasorteres. Forurenet jord kan ved indfødning om nødvendigt blandes med recirkuleret behandlet jord for at nedbringe forureningsgraden og/eller vandindholdet. Jorden fødes derpå via en skruetransportør direkte ind i rotérovnen. Rotérovnen opvarmes i den forreste del indirekte med røggasser fra anlæggets efterbrænder. Ved den indirekte opvarmning fordamper vand og letfordampelige stoffer fra jorden, og nogle af de letfordampelige stoffer nedbrydes. Den bageste del af rotérovnen er direkte opvarmet af en oliebrænder. Under ovnens rotation omrøres og opvarmes den forurenede jord kortvarigt til en temperatur på ca. 550° C, hvorved tjærestoffer og andre tungere kulbrinter desorberer og fordamper. Grundet iltunderskuddet i ovnen vil der foruden fordampningen ske pyrolyse af organisk materiale. Ved pyrolyse nedbrydes organisk materiale under iltfrie forhold til gasformige komponenter (bl.a. CO, H2, CH4 og andre kulbrinter), små mængder væske og et fast restprodukt (koks) indeholdende bundet kulstof og aske /2/. Jordens temperatur kan under behandling justeres ved ændring af gennemføringshastigheden og/eller justering af rotérovnens brænder. Den optimale temperatur afhænger blandt andet af forureningens sammensætning, idet temperaturen skal overstige kogepunktet for enhver af de indeholdte, forurenende stoffer for at sikre fordampning. Ved tilstedeværelse af tungmetaller i jorden vil høje temperaturer kunne bevirke fordampning af disse, hvilket kan komplicere den efterfølgende røggasrensning. Efter varmebehandlingen forlader jorden rotérovnen gennem en ventilanordning for at forhindre luftindtrængning. Den behandlede jord køles derpå med vand fra vådprocessen. Samtidig sker en fugtning for at begrænse støvgener, inden jorden forlader anlægget med en temperatur på ca. 80° C. Røggasser og fordampede stoffer frigjort i rotérovnen køles via et rørsystem til under 200° C og ledes derpå gennem et posefilter, hvor støv filtreres fra og recirkuleres til rotérovnen. For at begrænse dioxindannelse i røggassen er der stillet krav om, at røggastemperaturen inden posefiltret skal være under 200° C /3/. Efter passage af posefiltret opvarmes røggasser og fordampede stoffer i en varmeveksler og afbrændes i en oliefyret efterbrænder ved 850-1100° C. Ved forbrænding er der i efterforbrændingszonen, hvor temperaturen er relativ lav, risiko for dioxindannelse ved såkaldt de novo syntese. De novo syntese af dioxiner sker overvejende i forbindelse med oxidativ nedbrydning af chlorholdige organiske strukturer /4/. For at forhindre de novo syntese af furaner og dioxiner stilles krav om, at efterbrændertemperaturen holdes over 1050° C, med mindre det er dokumenteret, at den indfødede jord ikke indeholder dioxin eller stoffer, der kan ligge til grund for dioxindannelse. I tilfælde heraf holdes temperaturen på minimum 850° C /3/ Dannelse af furaner og dioxiner søges desuden forhindret ved at filtrere rotérovnens røggasser før indføring i efterbrænderen, idet furaner og dioxiner dannes på blandt andet sodpartikler /4/. Tillige bratkøles røggasserne fra efterbrænderen. Efterbrænderens afgas varmeveksles med indgangsgassen og anvendes herefter til opvarmning i rotérovnens forreste del. Inden udledning passerer røggasserne scrubber 1, hvor sure komponenter som HCl, HF og SO2-forbindelser udskilles under tilsætning af NaOH i vandig opløsning. Vandet genanvendes til køling og fugtning af den behandlede jord. I forbindelse med køling af den behandlede jord frigives vanddamp. Da der kan være rester af forureningskomponenter heri, passerer dampen scrubber 2 inden udledning. Vandet fra scrubber 2 recirkuleres til scrubberen efter passage af sandfilter. Eventuelt overskudsvand som følge af kondensering i scrubberen, opsamles og bortskaffes som spildevand. 2.2 Behandlede jordtyperDer er i de to forsøgskørsler behandlet to forskellige jordtyper forurenet med blandingsforurening. Jorden er udvalgt blandt de jordpartier som over en periode er indvejet til jordrensning hos RGS 90 Jordrens. Den ene jordtype, benævnt batch 1, er en typisk fyldjord fra byområder mens den anden, benævnt batch 2, er en lerjord fra intakte jordlag med et lavt indhold af organisk stof. Kornstørrelsesfordelingen i de to jordtyper er opsummeret i tabel 2.1. Det fremgår, at batch 2 har et højere indhold af ler og et lavere indhold af sand end batch 1. Batch 2 vil ved geoteknisk prøvebeskrivelse karakteriseres som en sandet moræneler. Kornkurver for de to jordtyper er vedlagt i bilag 5. Tabel 2.1:
Tabel 2.2:
Kationsbytningskapaciteten (CEC) er et udtryk for, hvor mange kationer jorden er i stand til at binde på partikeloverfladen. CEC afhænger af indholdet af organisk kulstof i jorden og til dels fraktionen af ler /16/. Jorden i de to batches er forurenet både med olie- og tjærekomponenter. I tabel 2.3 kan ses niveauet for forureningerne. Her er angivet medianværdier for alle komponenter. Tabel 2.3:
Note: Koncentrationer i mg/kg TS Batch 1 er kraftigst forurenet både med hensyn til olie- og tjærekomponenter. Begge batches klassificeres som klasse 4-jord med hensyn til oliekomponenter i henhold til de sjællandske amters vejledning i håndtering af forurenet jord /6/. Jorden i batch 1 er foruden olie og tjære også forurenet med tungmetaller, koncentrationsniveauet for disse er angivet som medianværdier i tabel 2.4. Jorden i batch 2 er ikke tungmetalforurenet /7/, koncentrationer målt i batch 2 er ligeledes angivet i tabel 2.4. Tabel 2.4:
Note: Koncentrationer i mg/kg TS Til sammenligning er i tabel 2.4 angivet kriterierne for Klasse 1-jord på Sjælland og Lolland/Falster /6/. Disse ses for batch 1 at være overskredet for tungmetallerne: Bly, cadmium, kviksølv og zink. Med anvendelse af disse kriterier, er jorden i batch 1 en klasse 3-jord mht. til tungmetaller /6/. Batch 1 er altså en blandingsforurening med olie- og tjærekomponenter i klasse 4 og tungmetaller i klasse 3 i henhold til Sjællandsvejledningen. Batch 2 er hovedsageligt forurenet med oliekomponenter, og klassificeres herudfra som klasse 4 i henhold til Sjællandsvejledningen. 2.3 UndersøgelsesprogramUndersøgelsesprogrammet er generelt tilrettelagt med henblik på at dokumentere forandringer i jordens forureningsgrad, tungmetalbinding og geotekniske egenskaber i forbindelse med den termiske behandling. Disse forandringer dokumenteres ved analyse af et antal prøver, som er tilstrækkeligt stort til at opnå statistisk signifikans i undersøgelsens konklusioner. Undersøgelserne er udført i to omgange. De første undersøgelser fandt sted i februar/marts 2001 og supplerende undersøgelser er udført i oktober/november 2001. Til brug for en miljøvurdering af rensningsteknikken er tillige registreret forbrug af el, olie, vand mv. under forløbet af de to døgn, hvor de to batches er behandlet. Endvidere er der i forbindelse med behandlingen analyseret prøver af spildevand og røggas fra anlægget. Prøver er udtaget forskellige steder i anlægget. Prøveudtagningsstederne er markeret og nummeret på principskitsen i figur 2.1. Tabel 2.5:
Oversigt over prøveudtagning og analyseprogram fremgår af bilag 1. 2.3.1 Undersøgelseprogram: Batch 1, fyldjordUndersøgelser af forandringer i tungmetalindhold og –frigivelse er koncentreret omkring batch 1, som jf. forrige afsnit, fremstår som en blandingsforurenet fyldjord. Analyse af prøver udtaget i forbindelse med termisk behandling af batch 1 fremgår af tabel 2.6. Tabel 2.6:
Anlæggets forbrug af el, vand og fyringsolie er registreret i forbindelse med behandlingen af batch 1. Af fire jordprøver udtaget hhv. før og efter behandling af jorden er fremstillet tyndslib til mikroskopiering. Tyndslibene er fremstillet med henblik på at fremkomme med en kvalitativ beskrivelse af eventuelle forandringer af jordens mikrostruktur ved den termiske behandling. 2.3.2 Undersøgelseprogram: Batch 2, lerjordForsøg med termisk behandling af lerjord fra intakte jordlag (batch 2) er udført med henblik på at dokumentere anlæggets ydeevne overfor en jordart, som forventeligt frembyder større problemer, både hvad angår den mekaniske håndtering af jorden og hvad angår rensningseffekt. Undersøgelsesprogrammet som er gennemført i forbindelse med denne forsøgskørsel, omfatter derfor alene prøveudtagning med henblik på analyse for indhold af olieprodukter, tjærestoffer og chromatografering af færdigvare, som angivet i tabel 2.6. Udover dette er batch 2 analyseret for tungmetalindhold, for at følge processens påvirkning på indhold af disse. Herudover er forbruget af el, fyringsolie og vand registreret som under behandlingen af batch 1. 2.3.3 ResultatbearbejdningUndersøgelsens konklusioner understøttes af statistisk analyse af de fremkomne resultater. For hver enkelt af de målte parametre undersøges det, hvorvidt en observeret ændring som følge af den termiske behandling kan antages at være signifikant, eller hvorvidt den kan tilskrives tilfældige variationer i prøvematerialet. Den statistiske fordeling af de enkelte sæt af målinger fastlægges på grundlag af optegning af histogrammer, beregning af middelværdi, spredning og medianværdier samt generel vurdering af variablens fysisk-kemiske afhængighed og størrelsesforhold. Herefter foretages statistiske tests, hvor samhørende sæt af værdier målt hhv. før og efter termisk behandling sammenlignes. Testen resulterer i en sandsynlighed (p-værdi) som udtrykker risikoen for fejlagtigt at konkludere, at to sæt af data tilhører samme fordeling; dvs. risikoen for fejlagtigt at konkludere, at den pågældende måleparameter ikke påvirkes af den termiske behandling. Statistisk resultatbearbejdning og detaljeret metodebeskrivelse fremgår af bilag 2.
|
