Stabilisering af arsen-, krom- og kobberforurenet jord med okkerslam Sanne Skov Nielsen, PhD-studerende DTU Miljø
Baggrund Arsen er mobilt og udvaskes let til grundvandet Op mod 227 lokaliteter i DK (Miljøstyrelsen, 1998) Indledende forsøg: Grundene er dyre og besværlige at remediere Udvaskning af arsen formindskes med en faktor 1000 ved tilsætning af 3% TS okkerslam Jernoxider sorberer anioner effektivt Okkerslam er et affaldsprodukt med et højt indhold af jernoxider
Træimprægnering med CCA Opløsning af metaller presses eller suges ind i veddet Arsen: Insekticid Kobber: Fungicid Hexavalent krom: Fikserer metallerne i træet Forurening typisk opstået ved Spild af imprægneringsvæske Utætte rør og kar Slam fra imprægneringskar Forurenet bark Ikke længere i produktion (Miljøstyrelsen, 2002) As forbudt i 1993 Cr frivilligt udfaset i 1996
Stabilisering af jord Forhindrer udvaskning af uønskede stoffer til omgivelserne Kemisk stabilisering: Udfældning, sorption Fysisk stabilisering: Indkapsling, vitrificering, cement Tidligere testede sorbenter til arsen-forurenet jord Fe(0) eller ZVI, mikro- eller nanostørrelse (Kumpiene et al., 2007) Salte: Fe(II)SO 4, Fe(III)SO 4, FeCl 2 (f.eks. Hartley and Lepp 2008) Jernoxider: Sandblæsningsaffald, okker (Maurice et al. 2007, Doi et al. 2005, Sakar et al. 2007)
Okkerslam fra vandværker Skylleslam fra sandfiltrene 2000 tons produceres årligt i DK Bortskaffelse er primært deponering Kan indeholde uønskede sporstoffer f.eks. As og Cd Jernoxid Calcit Fosfat Organisk stof Silicium Manganoxid Okkerslam fra Sjælsø Vandværk Jernoxid Calcit Fosfat Organisk stof Silicium Manganoxid
Okkerslam som sorbent Ferrihydrit er den aktive komponent Ekstremt højt overfladeareal (150-300 m 2 /g) PZC + - Overfladen er ladet afhængig af ph As(V) Nettoladning positiv i jord As(V) Sorberer primært anioner CrO 4 2- og HAsO 4 2- As(III) (modificeret efter Smedley og Kinniburgh, 2002)
Projektets formål At afprøve stabilisering med okkerslam på feltskala Vurdere mulighederne for brug af okkerstabilisering som afværgeløsning for arsen, krom og kobber finde den optimale mænge okkerslam til stabiliseringen implementere metoden i stor skala på feltlokalitet evaluere holdbarheden af stabiliseringen
Collstropgrunden ved Hillerød Collstrop Træimprtægnering 1936-1976 As, Cr, Cu, Fl, 2,4-DNP, diesel Anslået pris for oprensning >100 mill. DKK
Dybde [cm under terræn] Stabilisering på feltskala 0 Koncentration i jorden [mg/kg] 0 2000 4000 10 m 50 m 20 40 60 As 80 100 Cr Cu Træer og buske Opblandet med okker 120 Opblandet Boring før opblanding
Soil mixing 2 felter á 10x10 meter 3 m 3 okkerslam i 1 felt
Soil mixing
100 cm 50 cm N Skovvej 50 cm 100 cm Hegn 100 cm 50 cm Boring, terrænnært grundvand Porevandssampler, dybde 100 cm 50 cm Jordprøver 5 m 1 m 50 cm 100 cm
Fordeling af okkerslammet 0-0,5 meter under terræn 0,5-1 meter under terræn 0,1-0,3 % 0,3-0,5 % 0,5-0,9 % 1-1,3 % Naturligt jernindhold ~0,48 %
Indsamling og måling af porevand Quiz: Hvilke vandprøver er fra den stabiliserede jord?
Vandspejl [cm under terræn] Arsen i porevand jun jul aug sep okt nov dec jan feb mar -10-30 -50-70 25000 Arsen total [µg/l] 25000 0,5 m.u.t. 1 m.u.t. Med okker 20000 20000 Uden okker 15000 15000 10000 2000 1800 1600 5000 1400 12000 1000 jun jul aug sep okt nov dec jan feb mar 800 600 400 Jern total [µg/l] 200 0 jun jul aug sep okt nov dec jan feb mar 10000 2000 1800 1600 5000 1400 12000 1000 jun jul aug sep okt nov dec jan feb mar 800 600 Uden okker 400 Med okker 200 0 jun jul aug sep okt nov dec jan feb mar
Resultater Krom og kobber 1600 1400 1200 1600 0,5 m.u.t. 1 m.u.t. 1400 1200 1000 800 800 600 Kobber [µg/l] 700 400 600 200 500 0 400 jun jul aug sep okt nov dec jan feb mar 1000 Uden okker Med okker 800 800 600 700 400 600 200 500 0 400 jun jul aug sep okt nov dec jan feb mar 300 200 100 Krom total [µg/l] 300 200 100 0 jun jul aug sep okt nov dec jan feb mar 0 jun jul aug sep okt nov dec jan feb mar
Sorberet arsen og kobber [%] Sorption af Kobber og Arsen på ferrihydrit -PHREEQC simulering 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Arsen Kobber 0 5 5.5 6 6.5 7 ph
Langtidseffekt af stabiliseringen
Konklusioner Porevandskoncentrationen af arsen, krom og kobber formindskes markant med okkerbehandling Der ser ikke ud til at forgå jernreduktion i den behandlede jord Ingen sammenhæng mellem jern og arsenkoncentrationer Ingen sammenhæng med det sekundære vandspejl Udfordringer i forb.m. doseringen af okker For lidt okker tilsat pga. For stort vandindhold (op mod 90%) Opblanding ikke tilstrækkelig i dybden
For dem, der vil vide mere Nielsen, S.S. Kjeldsen, P., Petersen, L. R & Jakobsen, R. (2011): Amendment of arsenic and chromium polluted soil from wood preservation by iron residues from water treatment. Chemosphere 84 (2011) pp. 383-389 Nielsen, S.S. Kjeldsen, P. & Jakobsen, R. (2012): Field scale iron oxide amendment of CCA contaminated soils. Under udarbejdelse. PhD afhandling følger til efteråret
Tak til Arkil A/S Region Hovedstaden Sjælsø Vandværk, Nordvand Naturstyrelsen, Nordsjælland
Referencer Doi et al. (2005) : A preliminary investigation into the use of ochre as a remedial amendment in arsenic contaminated soil. Appl. Geochemistry, 20, 2207-22-16 Hartley, W., Edwards, R., Lepp, N.W. (2004): Arsenic and heavy metal mobility in iron oxide-amended contaminated soils as evaluated by short- and long-term leaching tests. Environmental Pollution 131, 495 504. Kumpien, J. et al. (2007): Evaluation of the critical factors controlling stability of chromium copper arsenic and zinc in iron treated soil. Chemisphere 67, 410-417 Miljøstyrelsen (1998): Branchevejledning for forurenede træimprægneringsgrunde. Vejledning fra Miljøstyrelsen nr. 8 (1998). Miljøstyrelsen. Miljø- og Energiministeriet. Sakar D. et al. (2007): Arsenic bioaccessibility in a soil amended with drinking water residuals in the presence of phosphorous fertilizer. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 53, 329-336 Samfundsteknik (1990): Kemikalieaffaldsdepot 219-3 Stenholtvang. Forureningsundersøgelse Fase 3. Skov og Naturstyrelsen.