Karakterisering av fasta inhomogena avfallsbränslen - inverkan av metoder för provtagning och provberedning RAPPORT F2008:05 ISSN

Transkript

1 Karakterisering av fasta inhomogena avfallsbränslen - inverkan av metoder för provtagning och provberedning RAPPORT F2008:05 ISSN

2

3 Förord Provtagning av bränslen är alltid ett område som leder till diskussioner om hur representativa de är och hur stora felkällorna är. När provtagningen dessutom skall ske på ett såpass inhomogent bränsle som avfall blir frågorna än fler. Avfallsförbränningsgruppen beslutade att gå med som delfinansiär till projektet Karakterisering av fasta inhomogena bränslen för att ge en större klarhet i var de störsata felkällorna ligger och även för att kanske kunna få ett förenklat och därmed också billigare provtagningsförfarande. Projektet har utförts av SP och bland annat samfinansierats med Värmeforsk, Renova och Borås Energi & Miljö. En av projektutförarna, Ingvar Johansson, tilldelades också ett av Avfall Sveriges stipendier Malmö juli 2008 Håkan Rylander Ordf. arbetsgruppen Avfallsförbränning Weine Wiqvist VD Avfall Sverige 1

4 Abstract Two new simplified methods, one for field sampling and one for laboratory preparation work has been suggested for heterogeneous solid waste fuel. These methods give rise to reduced cost for each sampling campaign. A finding that either can be used to lower the cost for waste sampling or to increase the number of samples and sampling frequency which will increase the plant owners knowledge about the waste composition. An even and increased quality of the waste mixture has an large impact on the life cycle cost of the plant since it s affect the accessibility as well as the cost of maintenance. 2

5 Författarnas förord Arbetet inom detta projekt har utvecklats väldigt bra, tackvare ett hårt arbete från alla deltagare i projektgruppen samt på grund av stort engagemang och bidrag från referensgruppen och dess ordförande Lennart Ryk. Det goda resultatet från arbetet är också mycket beroende av de proffsiga insatserna från all berörd personal på Renova. Ett stort TACK till er! Vidare vill vi Tacka Avfall Sverige för att de också har bidragit med medel till projektet. 3

6 Sammanfattning Projektet syftar till att sammanställa, utvärdera och komplettera metodik för provtagning, neddelning och provberedning anpassad för inhomogena fasta avfallsbränslen. Arbetet har resulterat i två förenklade arbetsbeskrivningar, en gällande för provtagning och en för momenten på laboratoriet. Projektets huvudsakliga målgrupp är anläggningsägare och personal som arbetar med bränsleanalyser. Vid provtagning av heterogent avfall ligger den största utmaningen och svårigheten i att uppnå ett representativt prov till en rimlig provtagningsinsats och kostnad. Ett problem med blandat avfallsbränsle, jämfört med biobränsle och utsorterade avfallsfraktioner, är att avfallet som kommer till anläggningarna är heterogent. Metoder för provtagning, provstorlek, neddelning och provberedning har därför stor inverkan på relevansen hos analysresultaten. Felkällorna vid provtagning och beredning av fasta heterogena bränslen uppskattas i litteraturen att vara så höga som 80 % respektive 15 % av det totala felet, medan analysen endast uppskattas stå för ca 5 %. Korrekt provtagning är således avgörande för resultatet. Det slutliga provet på i storleksordningen ett gram ska vara spegelbild av och till fullo motsvara en hel bunker på 1000-tals ton avfall. För att minimera provtagningsfelen och kostnaderna är det därför av stor vikt att en provtagningsplan upprättas. Det är mycket viktigt att syftet med provtagningen noga har diskuterats och utformats med alla inblandade parter innan den påbörjas. För att analysera betydelsen av provstorlek och antalet delprov för resultatets kvalité har två empiriska undersökningar utförts inom arbetet. Provtagningen genomfördes vid Renovas avfallsförbränningsanläggning i Göteborg under hösten 2006 och vintern Den första provtagningsomgången bestod av fem separata prover vilka representerade tre olika provstorlekar. Ett av dessa prov utgjorde ett referensprov och innehöll således den största provvolymen (ca 50 ton och 24 delprov). Två mindre provmängderna ca 16 ton (8 delprov) och ca 4 ton (2 delprov) jämfördes därefter med referensprovet. Vid den andra provtagningsomgång togs ytterligare fyra 4 tons prover för att undersöka repeterbarheten i den valda metoden. Slutsatsen från det empiriska arbetet visar att det inte finns någon tydlig kvalitetsförbättring med ökad provvolym. De mindre 4 tons proverna baserade på endast två delprover ger upphov till ett lika representativt resultat som större och mera komplicerade provtagningar innehållande flera delprover. Vidare uppvisas en god repeterbarhet hos den använda metoden mellan den första och andra omgången. Detta arbete har visat att det är möjligt att förenkla såväl föreslagna standardmetoder för provtagning av bränsle vid anläggningen som upparbetningsmetoder på laboratoriet betydligt utan att kvalitén på resultatet försämras. En förenkling som har en positiv effekt på minskade kostnader. Genom att arbeta enligt de föreslagna förenklade metoderna spar anläggningarna mycket extra arbete för egen och inhyrd personal. Vidare finns det stora pengar för en anläggningsägare att tjäna genom ökad kontroll och därmed förbättrad bränslekvalité. En ökad och jämn kvalité på avfallsbränslet ger en högre tillgänglighet samt lägre driftskostnader för anläggningen. Sökord: Bränsleprovtagning, heterogent avfall, avfallsförbränning, mottagningskontroll 4

7 Summary The aim of the project is to evaluate the possibilities to simplify the methods used during sampling and laboratory preparation of heterogeneous waste materials. Existing methods for solid fuel material is summarized and evaluated in the project. As a result of the project two new simplified methods, one for field sampling and one for laboratory preparation work has been suggested. One large challenge regarding waste sampling is to achieve a representative sample due to the considerable heterogeneity of the material. How do you perform a sampling campaign that will give rise to representative results without too large costs? The single larges important source of error is the sampling procedure, equivalent to about 80% of the total error. Meanwhile the sample reduction and laboratory work only represents 15 % and 5 % respectively. Thus, to minimize the total error it is very important that the sampling is well planned in a testing program. In the end a very small analytical sample (1 gram) should reflected a large heterogeneous sample population of 1000 of tones. In this project two sampling campaigns, the fall of 2006 and early winter 2007, were conducted at the waste power plant Renova in Gothenburg, Sweden. The first campaign consisted of three different sample sizes with different number of sub-samples. One reference sample (50 tones and 48 subsamples), two samples consisting of 16 tones and 8 sub-samples and finally two 4 tones consisting of 2 sub-samples each. During the second sampling campaign, four additional 4 tone samples were taken to repeat and thus evaluate the simplified sampling method. This project concludes that the simplified sampling methods only consisting of two sub-samples and a total sample volume of 4 tones give rise to results with as good quality and precision is the more complicated methods tested. Moreover the results from the two sampling campaigns generated equivalent results. The preparation methods used in the laboratory can as well be simplified, especially by effective sample and particle size reduction through gradually grinding processes. Consequently, the plant owner can reduced their cost for each sampling campaign by using the simplified methods described in this project. A finding that either can be used to lower the cost for waste sampling or to increase the number of samples and sampling frequency which will increase the plant owners knowledge about the waste composition, properties and qualities. Increased quality and an even quality of the waste mixture has an large impact on the life cycle cost of the plant since it s affect the accessibility as well as the cost of maintenance. Keyword: Waste sampling, heterogeneous waste, combustion, quality 5

8 Termer och definitioner Analysprov Den delmängd av provet som slutligen används för att generera det prov som används av analysinstrumentet. Delprov Avser prov som tas med syfte att slås samman med andra delprov till ett större prov och tas i alla faser under en provtagning. Delprov kan tas initialt från original populationen för att generera ett samlingsprov, från samlingsprovet för att generera ett laboratorieprov eller från laboratorieprovet för att genererar ett analysprov. Enskilt prov Avser ett prov som tas i en enskild provpunkt. Enskilda prov representerar i princip bara själva provpunkten och eventuellt den närmaste omgivningen. Men enskilda prov kan ändå tas om provtagaren vill karakterisera avfallspartiets variabilitet. Dock bör det nämnas att variabiliteten i större skala kan undersökas genom att ta flera samlingsprov. Laboratorieprov Det provmängd som efter neddelning skickas till laboratoriet för vidare kemisk analys. Population Är alla de element som har den eller de egenskaper en undersökare är intresserade av. I praktiken avses hela den mängd avfall som skall representeras genom provtagningen. Provtagningsplan Förutbestämd procedur för val, uttag, förvaring, transport och beredning av den del som är tagen från populationen som ett prov Samlingsprov Avser ett prov som består att flera delprover som slagits samman för att representera sen större volym avfall (populationen). 6

9 Innehållsförteckning 1 INLEDNING BAKGRUND MÅL OCH MÅLGRUPP PROBLEMDISKUSSION PROBLEMFORMULERING AVGRÄNSNINGAR TEORI PÅVERKAN AV FEL VID PROVTAGNING Heterogenitet Typer av provtagningsfel Precision och bias PROVTAGNINGSPLAN Val av provtagningsstrategi och provpunkternas placering Provtagning från hög Antal prov och mängd material i proverna Val av provtagningsteknik och provtagningsutrustning Förbehandling av avfall i samband med provtagning NEDDELNINGSMETOD Kon- och kvarteringsmetoden Kakmetoden manual increment division Strängmetoden strip mixing BEFINTLIGA PUBLICERADE METODER Solid Recovered Fuels Methods for sampling CEN/TS Characterization of waste Sampling of waste materials CEN/TR Nordtest RCRA Waste sampling draft technical guidance Jämförelse mellan metodernas beräknade provkvantiteter Methods for laboratory sample preparation CEN/TS MATERIAL OCH METOD KUNSKAPSINSAMLING EMPIRISK UNDERÖKNING Provtagningsplan Provberedning och analys på laboratoriet Plockanalys GENOMFÖRANDE AV EMPIRISK UNDERSÖKNING PROVTAGNING AV AVFALL VID RENOVAS AVFALLSFÖRBRÄNNINGSANLÄGGNING Provtagning Förbehandling - styckestorleksreducering Neddelning GENOMFÖRANDE PÅ LABORATORIET Torkning och utsortering Storleksreducering och neddelning Analys PLOCKANALYS RESULTAT INTERVJUER MED ANLÄGGNINGSÄGARE PROV KARAKTÄRISERING RESULTATANALYS BETYDELSE AV LABORATORIEPROVSTORLEK FÖR RESULTATETS KVALITÉ HANTERING AV BORTPLOCKAT MATERIAL BETYDELSE AV PROVTAGNINGSVOLYM FÖR RESULTATETS KVALITÉ

10 6.3.1 Fukthalt Aska Svavelhalt Effektivt värmevärde Syntes PLOCKANALYSEN UTVÄRDERING AV ANVÄNDA METODER Olika moments betydelse för det totala felet Beredning och analys på laboratoriet Repeterbarhet SLUTSATSER REKOMMENDATIONER OCH ANVÄNDNING LITTERATURREFERENSER...64 Bilagor Bilaga A Detaljerad beskrivning av neddelning de tre provstorlekarna. Bilaga B Principalkomponentanalys (PCA) Bilaga C Arbetsmetod för provtagning och neddelning av heterogena fasta avfallsbränslen Bilaga D Arbetsmetod för provberedning och analys av heterogena fasta bränslen på laboratoriet. 8

11 1 Inledning 1.1 Bakgrund År 2004 fick Naturvårdsverket i uppdrag av regeringen att undersöka Kvalitet hos avfall som förs till förbränning. I redovisningen av uppdraget sägs att lämpliga regelverk kring insamling, sortering finns idag och de behöver inte utökas, men att kunskapen om det heterogena avfallets sammansättning och kunskapen om vad som eldas bör förbättras [1]. Energiåtervinning genom förbränning av fasta heterogena bränslen, såsom hushålls- och verksamhetsavfall och utsorterade avfallsfraktioner har ökar kraftigt i Sverige. Dels beror det på att det från och med 2002 är förbjudet att deponera brännbart avfall i Sverige och dels på att avfall är ett lättillgängligt bränsle som med känd teknik omvandlas till elektricitet och värme. Hushållsavfallet som levereras till förbränningsanläggningar varierar i beskaffenhet mellan de olika anläggningarna beroende på att kommunerna har olika insamlingssystem för avfall. Normalt levereras dock ett utsorterat brännbart hushållsavfall där hushållen ska ha sorterat ut farligt avfall, batterier, elektriska produkter, tidningar och förpackningar vilket resulterar i att avfallets innehåll av tungmetaller och andra farliga ämnen begränsas. För övrigt avfall, såsom verksamhetsavfall, som levereras till anläggningarna ställs det krav avseende förbränningsegenskaper till exempel bör avfallet inte ha för hög fukthalt eller innehålla material som är olämpligt att förbränna. Ansvaret för kvalitén på avfallet som lämnas har varje leverantör. Därutöver är det upp till anläggningsägaren att sätta upp ett fungerande kontrollprogram för att säkerställa att de ställda kraven på kvalité efterlevs. Exempel på mottagningskrav och kontrollrutiner har sammanställts i en tidigare rapport från Avfall Sverige [2]. Kvalitén på det avfall som lämnas till förbränning förbättras ständigt pga förändringar i lagstiftning samt högre krav från anläggningsägare. En bättre kunskap om sammansättningen hos den bränsleblandning som kommer till förbränningsanläggningarna har positiv inverkan på driftekonomi, tillgänglighet, utsläppsnivåer och underhållsbehov av anläggningen. Svavel och klor är exempel på ämnen i avfallet som påverkar driftsekonomin för en förbränningsanläggning genom att påverka bildningen av påslag (beläggningar) som påskyndar korrosionen på de värmeupptagande delarna i pannan. Klor har en negativ effekt med ökad korrosion medan svavel har en mildrande effekt eftersom bidrar till att mindre korroderande beläggningar bildas. Resultatet blir att klorhaltiga bränslen förkortar de värmeupptagande delarnas livslängd så att en renovering av pannan måste tidigareläggas. Förhöjda svavelhalter i ett bränsle har dock också negativ påverkan på driftsekonomin genom ökade reningskrav. Exempel på andra avfallsfraktioner som inte är lämpliga att förbränna är material som inte bidrar till värmeutvinnings såsom metaller och glas. Utsortering av dessa har en direkt positiv effekt på minskade askflöden från processen. Förutom material- och arbetskostnaden blir även driftavbrottet av pannan en kostnad genom uteblivna intäkter. 9

12 För framtagning av bränsleprov finns idag verifierade metoder i form av tekniska rapporter, specifikationer och manualer som är framtagna och utvärderade för homogena fasta bränslen, biobränslen och utsorterade relativt heterogena avfallsfraktioner. Dessa beskriver hur ett prov ska tas ut, neddelas och provberedas för att ett representativt provresultat ska erhållas. Metoderna beskrivs vidare i teorikapitlet i denna rapport. Metoder för kraftigt heterogena avfallsbränsle, är däremot inte utvärderade i samma grad varför detta projekt har initierats. De kvalitetskontroller som utförs i dagsläget hos de flesta anläggningar för att höja kvalitén på den slutliga bränsleblandningen är oftast okulära besiktningar av det avfall som tas emot. En leverantör som levererar ett bränsle av god kvalitet kan således bli erbjuden ett bättre pris vilket initierar ett ökat miljöengagemang i hela leveranskedjan, från bränsleleverantör till kund. 1.2 Mål och målgrupp Projektet syftar till att sammanställa, utvärdera och komplettera metodik för provtagning, neddelning och provberedning anpassad för inhomogena fasta avfallsbränslen. Studien utgår från tillgängliga metoder och standarder relevanta för fasta inhomogena biobränslen och utsorterade avfallsfraktioner. Utvärderingen fokuseras i första hand på att utforska möjligheter med att utforma en praktiskt tilllämpbar och förenklad metod som ger relevanta resultat och som är kostnadseffektiva för anläggningsägaren. Efter utvärdering av den föreslagna metoden kommer en arbetsbeskrivning gällande relevant provtagning, neddelning och upparbetning av inhomogena fasta bränslen att sammanställas i en arbetsbeskrivning. Projektets huvudsakliga målgrupp är anläggningsägare och personal som arbetar med bränsleanalyser. 1.3 Problemdiskussion En av de största svårigheterna när det gäller provtagning av heterogena fasta avfallsbränslen är göra en rimlig kompromiss mellan ökade provtagningskostnader och minimering av risken för provtagningsfel och därmed ej representativa resultat. Ett problem med blandat avfallsbränsle, jämfört med biobränsle och utsorterade avfallsfraktioner, är att avfallet som kommer till anläggningarna är mycket heterogent. Den i många fall kraftiga heterogeniteten hos bränslet gör det svårt att bestämma dess kemiska och förbränningstekniska egenskaper på ett relevant sätt. Därmed är det idag ett stort problem att de framtagna resultaten inte alltid överrensstämmer med den verkliga sammansättningen eftersom utfallet av provtagnings- och provberedningsmetoder anpassade för heterogena fasta bränslen är dåligt verifierat jämfört med metoder för homogena bränslen. 10

13 Metoder för provtagning, storleken på uttagna prover, neddelning och provberedning har också stor inverkan på relevansen hos de analysresultat som erhålls. Felkällorna vid provtagning och beredning av fasta ej extremt heterogena bränslen uppskattas i litteraturen att vara så höga som 80 % respektive 15 % av det totala felet, medan analysen endast uppskattas stå för ca 5 % [2]. En uppskattning som senare i detta arbete också visas stämma för avfall. Korrekt provtagning är således avgörande för resultatet. Det slutliga provet på i storleksordningen ett gram ska vara spegelbild av och till fullo motsvara en hel bunker på 1000-tals ton avfall [3] (0). Figur 1 Figure 1 Några gram används i laboratoriet av det ursprungliga provet på flera ton för att bestämma en kvantitet på 1000-tals ton i bunkern [3]. Only a few gram of an analytical sample is used to determine the composition of the waste mixture in a bunker containing 1000 of tones [3]. På laboratoriet är det hanteringen av fraktioner som textil, metall, sten samt stora hårda plastbitar som är problemet då dessa är svåra att mala till den storlek som efterföljande analys kräver. Idag utesluts ofta sådana fraktioner från provet trots att de kan ha betydelse för att beskriva bränsleblandningens förbränningsegenskaper. Problemet är att anläggningsägarna inte alltid vet om hur mycket och vid vilka tillfällen som dessa fraktioner har plockats bort. 1.4 Problemformulering Inom detta arbete kommer en förenklad provtagningsplan och arbetsmetod på laboratoriet att utarbetas samt att dess påverkan på kvalitén av resultatet också kommer att utvärderats. Följande frågeställningar är i fokus: Vilka befintliga teoretiska metoder är lämpliga att applicera på praktisk provtagning av fasta heterogena avfallsbränslen ur hög/avfallsbunker? Vilken betydelse har effektiv provkvantitet för kvalitén på resultatet? Vilken betydelse har laboratorieprovets storlek för kvalitén på resultatet? 11

14 Vilken betydelse har provberedningsmetoden för kvalitén på resultatet? Vilken betydelse har de olika delarna i metoden för det totala felet? Vidare undersöks reproducerbarheten i den valda metoden genom upprepad provtagning. 1.5 Avgränsningar Arbetet har fokuserats på provtagning av obehandlat heterogent fast avfall. Skälet är majoriteten av förbränningsanläggningarna använder den typen av bränsle idag, samt att om en metod är lämpad för ett kraftigt heterogent prov kommer den även att kunna användas för ett mindre heterogent prov. Det geografiska området avgränsas till Sverige. De undersökta parametrarna avgränsas till element som är inkluderade i beräkningen av det effektiva värmevärdet. 12

15 2 Teori I följande avsnitt sammanfattas befintliga teorier och metoder som kan vara användbara för provtagning av heterogent avfallsbränsle. Områden såsom orsaker till provtagningsfel, planering av en provtagning samt beskrivning av olika neddelnings-metoder belyses. Kapitlet avslutas med en sammanfattning och jämförelse mellan några befintliga provtagningsmetoder. 2.1 Påverkan av fel vid provtagning Fransmannen Pierre Maurice Gy utvecklade redan under 1970-talet en provtagningsteori som vanligtvis benämns Theory of sampling (TOS). Från början var teorin utarbetad för malmbrytning men vid en närmre granskning av teorin visade den sig även lämplig som teoretisk grund för att systematiskt minimera provtagningsfelet vid provtagning av en mängd partikulära eller diskreta material och då bland annat avfall [4]. Enligt Gy är all provtagning en kompromiss mellan kostnad och precision och det är alltid fysiskt möjligt att ta fullgoda prov, men det är inte alltid kostnaden kan accepteras. För att minimera kostnader och arbetsinsatser är det därför viktigt att tänka på att en rimlig provpopulation definieras innan provtagningen utförs. Hela innehållet i populationen måste vara åtkomligt och samtliga delar skall ha samma chans att ingå i provet. Vidare är det viktigt att storleken på samlingsprovet och laboratorieprovet bestäms Heterogenitet En av de grundläggande principerna i TOS är att mediet som provtas inte är homogent, dvs. det är inte likformigt i sin sammansättning och fördelning av beståndsdelar. Heterogenitet är den enskilt största orsaken till provtagningsfel. Graden av heterogenitet beror på skillnaden mellan till exempel partiklar, volymer och fragment som en kvantitet innehåller. Statistisk mätning av spridning, varians och standardavvikelse är användbara indikatorer för att beskriva graden av heterogent hos ett prov [3]. Hur heterogeniteten ska hanteras i ett prov beror på skalan av denna. Med skalan menas på vilket avstånd observationen görs. Heterogenitet kan finnas på partikelnivå dvs skillnad i sammansättning mellan individuella partiklar eller fördelningen av dessa partiklar i avfallet. Skillnad i sammansättning mellan olika delar i provtagnings-populationen (ex botten eller toppen av en provtagningshög) eller periodisk variation (ex. årstid) definieras som heterogenitet på långt avstånd. För att minska provtagningsfel som orsakades av heterogenitet i provet bör en provtagningsplan utföras och användas vid provtagning. 13

16 2.1.2 Typer av provtagningsfel I Pierre Gy s TOS är sju typer av provtagningsfel identifierade vilka kan uppstå i samband med provinsamling och provneddelning av heterogent avfall [4]. De sju felen ger tillsamman upphov till det total provtagningsfelet och kan grupperas enligt följande: 1. Fundamentalt fel 2. Grupperings och segregationsfel 3. Avgränsningsfel 4. Extraktionsfel 5. Hanteringsfel 6. Spatial variationsfel 7. Periodiska variationsfel Heterogenitet i provet (material variation) Provuttaget (utrustning och teknik) Provförändringar Tid, rum och anläggningsrelaterad variation Totala provtagningsfelet Nedan beskrivs de ovan listade provtagningsfelen utifrån exemplet provtagning av avfall och förslag på åtgärder som minimerar dessa fel anges. Delar av texten är hämtad ur Avfall Sveriges rapport Manual för plockanalys av hushållsavfall 2005:19 [5]. 1) Fundamentalt fel Detta beror inte på provtagningssättet, utan det beror på materialets inneboende variation, t.ex. variationer i partikelstorlek och partikeldensitet. Om en för liten mängde prov tas ut, kommer bara vissa typer av partiklar med vilket ger upphov till ett felaktigt resultat (0). Det fundamentala felet är aldrig noll om inte populationen är homogen eller att hela populationen ingår i analysen. Det finns två sätt att reducera detta fel: öka provstorleken och/eller minska partikelstorleken. Figur 2 Effekten av provstorleken när det gäller fundamentalt fel. Små provstorlekar orsakar att innehållet av intresse blir underrepresenterat i de flesta fall och endast i ett fåtal prov blir det eftersökta innehållet istället överrepresenterat. Större prov blir sannolikhet större att den återspeglar moderprovet bättre [3]. Figure 2 Effect of sample size on the fundamental error [3]. 2) Fel som beror på grupperingar och segregation i materialet Ett prov kan bli missvisande om variationen i materialet inte är jämt fördelad utan samlat klumpvis (0). Felet kan minskas dels genom att provpopulationen blandas och dels genom att ett 14

17 antal mindre prov (delprov) tas på olika ställen från populationen och slås samman till det prov som ska analyseras. Francis Pitard föreslår att mellan 10 till 25 delprov bör tas som ett sätt för att kontrollera gruppering respektive segregations fel [6]. Gruppering Segregering Delprov Delprov Figur 3 Exempel på hur partiklar som är grupperade och segregerade påverkar provtagningen. Grupperings- och segregeringsproblem kan minimeras genom att ta många små delprov [3]. Figure 3 Example of particle segregation and how it affects the sampling results. A problem that can be minimized by taking many small sub-samples [3]. 3) Fel som beror på snittytan där provet skiljs av Detta fel uppstår när utformningen av provtagningsinstrumentet systematiskt utelämnar eller separerar vissa delar av materialet som ska provtas. Vid provneddelning rekommenderas att snittytan är minimal eftersom det alltid blir ett fel i gränsen mellan vad som ska höra till provet och inte. Detta kan åstadkommas genom att provet tas som skivor av en platt, avlång sträng vilket är en bättre metod än koning och kvartering. 4) Fel som beror på att alla partiklar inte kommer med Detta fel uppstår när en del av provet går förlorat (t.ex. det mest finkorniga materialet blir kvar på marken) eller extra material inkluderas i provet. Har provtagningsinstrumentet t.ex. en för liten öppning för att kunna ta de stora delarna i avfallet skjuts partiklar som egentligen ska ingå i provet åt sidan och det uppstår bias i samband med provtagningen (se vidare i kapitel 2.1.3). Felet minimeras genom noggrannhet vid provtagningen och genomtänkt val av redskap. 5) Fel som uppstår vid hanteringen av provet Detta kan bero på att: provet förorenas, material dammar in och ut från provet, material fastnar på verktyg, det sker förändring av provet genom kemiska reaktioner, det sker fysikalisk förändring av provet (t.ex. fukthalten), det sker misstag vid provhantering. Felen som uppstår vid hanteringen kan minimeras med noggranna och genomtänkta procedurer som skyddar materialen, tydliga instruktioner, samt kunnig och motiverad personal. 6) Fel som beror på spatial variation 15

18 Den spatiala (rumsliga) variationen i provtagningsmaterial innebär att ett prov från en viss plats inte blir representativt för andra delar av undersökningsområdet. Variationen kan undersökas genom stratifiering, dvs. indelning i områden där delprovet tas från varje område och undersöks var för sig. En annan metod för att minska felet är att slå samman små provmängder (delprov) från många olika platser i undersökningsområdet till det prov som ska undersökas. 7) Fel som beror på periodisk variation Periodiska variationer kan vara säsongsvariationer, eller speciella återkommande aktiviteter, som påverkar avfallets innehåll, till exempel storhelger, eller ändring i en tillverkningsprocess hos en industri. Variationen kan undersökas genom att provtagning sker vid flera tillfällen, vid olika säsonger och sedan jämföras, eller under perioder som bedöms vara mest relevanta för den aktuella undersökningen Precision och bias Hur representativt ett prov är kan beskrivas i termer av precision (varians) och bias. Precision är ett mått på överensstämmelsen mellan repeterade mätningar medan bias är ett systematiskt fel som ger upphov till ett högre eller lägre värde än det sanna värdet. De två komponenterna, varians och bias, är oberoende av varandra vilket beskrivs i 0. Alla uppmätta värden från provtagningar innehåller alltid en viss slumpmässig varians och bias. Detta beror främst på den naturliga inneboende variansen hos alla prover samt oexaktheten i metoden som används vid provtagning och analys [3]. Analogin med en måltavla används ofta för att illustrera precision och bias. I 0 förtydligas detta genom att varje måltavlas mitt representerar det sanna (men okända) medelvärdet och skotten i måltavlorna representerar mätresultaten från proven som är tagna för att uppskatta medelvärdet [3]. 0a visar på en lyckad provtagning med hög precision (dvs god repeterbarhet) och ett lågt bias i provresultaten. Om en provtagning är precist men har påverkan av bias kan resultatet se ut som i (b) där proven ligger nära varandra men långt ifrån det sanna värdet. I (c) är situationen den motsatta jämfört med (b), dvs. det råder en stor spridning runt mitten av måltavlan (dålig precision), men inget systematiskt fel återfinns (bias = 0). Medelvärdet av resultaten reflekterar då det sanna medelvärdet. Precisionen kan förbättras genom att antalet prov ökas eller genom att volymen av varje prov ökas. I provtagningsfall (d) är resultaten påverkade av både oprecisa data och bias. I (b) och (d) kommer bias att resultera i en inkorrekt uppskattning av det sanna värdet även om oräkneliga prov insamlas och analyseras [3]. 16

19 Figur 4 Slumpmässiga och systematiska effekter på analysresultat och mätosäkerhet kan åskådliggöras med hur bra någon lyckas pricka målet eller det sanna värdet. Varje punkt motsvarar ett rapporterat analysresultat. Bredden på normalfördelningskurvan beror på spridning i resultatet. En bra reproducerbarhet ger en låg standardavvikelse och normalfördelningskurvan är smal (a, b). En dålig reproducerbarhet ger en hög standardavvikelse och kurvan blir då bredare (c och d). Avståndet mellan medelvärdet och det sanna värdet i kurvan återger effekten av bias [3] Figure 4 Illustration of how bias and precision affects the difference between the measured value and the true value [3]. Även om det är ett vanligt förfarande att beräkna variabiliteten av provet på analysresultaten är det betydligt svårare att identifiera källorna och potentiell inverkan av systematisk bias. Det är därför bra att ha förståelse för de potentiella felkällorna och i förhand göra mätningar för att minimera dessa fel vid planering och genomförande av provtagningen samt vid analys [3]. Det finns flera typer av bias som kan uppstå i samband med provtagning, analys och statistisk utvärdering [3]. Provtagningsrelaterad bias kan minskas genom att rätt redskap, tekniker och metoder används på ett korrektsätt. En väl utformad och genomtänkt provtagningsplan hjälper ofta till. Bias på laboratoriet hänförs oftast till kontamineringar och fel kalibrerade instrument. Dessa två effekter minimeras enklast genom att arbetet utförs enligt godkända metoder. 17

20 Även om varians och bias är oberoende av varandra är de i hög grad relaterade till varandra. Fel som härrör från varians kan adderas för att uppskatta det totala felet vilket även kan göras med bias, det är dock svårt att mäta den sistnämnda i praktiken [3]. 2.2 Provtagningsplan I kommande kapitel, 2.2 och 2.3, är mycket material baserat på Avfalls Sveriges Manual för provtagning av homogent avfall för provning av halten organiskt kol (TOC) och tekniska manualer och rapporter relevanta för provtagning av heterogent avfall [3,5,7-13]. Manualen från Avfall Sverige är egentligen avsedd för homogent material men metoden för upprättande av provplan och olika neddelningstekniker kan anses vara applicerbar även för heterogent avfall. Vid provtagning av heterogent avfall ligger den största utmaningen och svårigheten i att uppnå ett representativt prov till en rimlig provtagningsinsats och kostnad. För att minimera provtagningsfelen och kostnaderna är det därför av stor vikt att en provtagningsplan upprättas. En provtagningsplan innebär att provtagaren noga tänker igenom syftet med provtagningen innan den utförs, att provtagningen utförs på samma sätt vid olika tillfällen oberoende av vem som utför provtagningen, att resultaten från tidigare utförda provningar kan värderas lättare samt att sannolikheten för felaktiga utförd provtagning minskar. Dessutom ger provtagningsplanen ett viktigt stöd för utförande och dokumentation vid själva provtagningen samt vid utvärdering av resultaten [7]. Det är mycket viktigt att syftet med provtagningen noga har diskuterats och utformats med alla inblandade parter innan den påbörjas. Viktiga frågor att ställa är bl.a. följande: Vad är syftet med provtagningen? Är ett års-, månads- eller veckomedelvärde intressant? Vilken analys kommer att utföras på proverna, kemisk analys eller plockanalys? När, var och hur ska proverna tas? Vilka åtgärder måste göras i processen för att möjliggöra en provtagning? Vilka skyddsåtgärder måste vidas? Val av provtagningsstrategi och provpunkternas placering Provtagningsplanen måste ta hänsyn till variabiliteten i den avfallsmängd som ska provtas, och eftersom resultatet av en provtagning är sammankopplad med en viss osäkerhet måste ett beslut fattas hur denna osäkerhet ska hanteras. I standarden SS-EN 14899:2005 [8] anges två alternativa angreppssätt, nämligen sannolikhetsbaserad och bedömningsbaserad provtagning. Förutom de ställda kraven på provtagningen måste provtagaren också ta hänsyn till övriga begränsningar såsom kostnader och eventuella andra hinder som kan påverka val av provtagningsstrategi [7]. 1. Sannolikhetsbaserad provtagning a. Principen: Hela provpopulationen ska ha samma sannolikhet att bli vald. b. Osäkerheten: En acceptabel osäkerhet i resultaten specificeras. Detta angreppssätt innebär att den provtagningsstrategi som väljs måste kunna ge ett kvantitativt mått på osäkerheten så att denna kan jämföras mot den acceptabla osäkerheten. 18

21 2. Bedömningsbaserad provtagning a. Principen: Provtagningen baseras på en subjektiv bedömning av avfallet vilket innebär att allt avfallsmaterial inte har samma sannolikhet att hamna i provet. b. Osäkerheten: Ingen osäkerhetsnivå anges. Detta innebär att det inte är möjligt att avgöra om resultatet av provtagning är tillräckligt säkert för ett visst ändamål. Fördelen med bedömningsbaserad provtagning kan vara, jämfört med sannolikhets baserad, kostnadseffektiv om provtagaren har tillräcklig kunskap om avfallet och var provpunkterna ska placeras. Nackdelarna kan vara att det är svårt att påvisa att valet av provpunkterna inte är styrt av provtagarens egna fördomar samt att den beräknade variansen från en bedömningsbaserad provtagning kan vara en dålig uppskattning av populationens varians [3]. I provtagningsplanen ska det anges var provpunkterna ska placeras eller hur provtagaren ska gå till väga för att välja provpunkter. Provpunkternas placering styrs av vilken provtagningsstrategi provtagaren har valt, sannolikhetsbaserad eller bedömningsbaserad. Det finns en mängd beskrivningar av hur sannolikhetsbaserad provtagning kan utföras. De vanligaste förekommande metoderna är slumpmässig provtagning, systematisk provtagning samt en kombination av dessa. Slumpmässig provtagning kan vara slumpmässig både rumsligt och tidsmässigt. Vid systematisk provtagning väljs prover ut genom en systematisk indelning av populationen. Provpunkterna får inte väljas utifrån provtagarens subjektiva tycke om vad som är slumpmässigt eftersom detta inte ger en tillräcklig slumpmässighet. För att garantera att proven verkligen tas slumpmässigt måste en formell metod anges för hur urvalet ska göras. Som hjälp kan slumpvalstabeller eller slumpvalsfunktioner i kalkylprogram användas. Provtagningsplanen ska beskriva hur det formaliserade och slumpmässiga provurvalet ska ske [7]. I de tekniska rapporterna från Nordtest (NT ENVIR 004) [10] och den europeiska standardiseringsorganisationen (CEN/TR 15310) [9] finns en viss anvisning kring hur provpunkterna kan placeras vid provtagning av avfall Provtagning från hög Provtagning från hög anses vara ett av de allra svåraste provtagningssätten eftersom det är svårt att ta prover som representerar hela högen av material. Det är avsevärt lättare att ta representativa prover om provtagningen utförs då avfallet levereras eller bortförs från platsen där det lagras i hög. Materialet i högen har troligen segregerats under lagringstiden, dvs de fina partiklarna har flyttat sig mot mitten medan de grövre partiklarna återfinns vid ytan. Ytskiktet av högen påverkas också mera av omgivningen, såsom uttorkning eller befuktning, än material i högens mitt. För att uppnå ett representativt prov med minsta möjliga provtagningsfel ska provtagningspopulationen delas in i delområden med provuttag jämnt fördelade från hela högen [3,7]. En avfallsbunker vid en förbränningsanläggning skiljer sig något från en hög eller en deponi. En avfallsbunker kan bland annat anses vara dynamisk beroende på att avfallet normalt kontinuerligt 19

22 omblandas i avfallsbunkern samt att det sker ett in- och utflöde av avfall med tiden. Därmed varierar nivån hela tiden i avfallsbunkern och följaktligen är inte samma lager överst hela tiden vilket innebär att inget speciellt ytlager påverkas av omkringliggande atmosfär, t.ex. uttorkning Antal prov och mängd material i proverna Antalet prov som behöver tas beror i första hand på följande faktorer: Acceptabel osäkerhetsnivå. Avfallets heterogenitet samt variabilitet över tiden. Storleken på avfallsvolymen som skall karakteriseras. I provtagningsplanen ska det anges hur många enskilda prov eller samlingsprov som ska tas, och för samlingsproven ska det även anges hur många delprov som varje samlingsprov ska bestå av. Ett högre antal delprov ökar möjligheterna för samlingsprovet att avspegla provpopulation. Ett avfall som är väldigt heterogent, eller som har stor variabilitet över tiden, kräver fler delprov för att nå en bestämd säkerhet i resultatet. Eftersom heterogeniteten (eller variabiliteten) normalt inte är känd är det inte möjligt att fastställa det exakta antalet nödvändiga prover på förhand. Vid upprepad provtagning är oftast heterogenitet bättre känd vilket gör att det blir lättare att bestämma det nödvändiga antalet prov för att nå en bestämd osäkerhetsnivå [7]. Den minsta totala provmängden eller kvantiteten som ett prov måste innehålla styrs av olika faktorer såsom populationens partikelstorlek, storleksfördelning och partiklarnas densitet eller av minsta delprovstorleken multiplicerat med det angivna minsta antalet delprov som måste tas enligt metoden. Vilken parameter som är styrande beror på vilken metod man använder Val av provtagningsteknik och provtagningsutrustning Provtagningsplanen ska också beskriva vilken teknik och vilken typ av utrustning som ska användas vid provtagningen. Valet skall göras så att risken för att systematiska fel (bias) uppkommer vid provtagningen minimeras. Provtagningsredskapet ska till exempel vara utformat så att dess öppning är minst 2,5-3 större än den största nominella partikelstorleken (d 95) 1 som finns i det aktuella provet [3,7,10]. Betydelsen av mekanisk eller manuell provtagning för kvalitén på provresultaten har tidigare utvärderats för biobränslen i en rapport från Värmeforsk [11]. Denna studie visade att kvalitén på resultatet inte var direkt kopplad till typ av provtagningsteknik utan styrdes av provets nivå av heterogenitet. Rapporten förespråkar dock att om man kan investera i mekanisk provtagning så är det en fördel eftersom det är bättre ur arbetsmiljöskäl samt att den mänskliga faktorn minimeras. Det är dock av stor vikt att korrekt teknik anpassad för det aktuella bränslet införskaffas [11] % av partiklarna är mindre än d95 20

23 2.2.5 Förbehandling av avfall i samband med provtagning Relativt heterogena avfall med innehåll som varierar i storlek kan kräva någon form av förbehandling för att tillräckligt representativa prover ska kunna erhållas. Antigen kan hela eller delar av avfallsmängden förbehandlas. Att hela avfallsparti i en avfallsbunker förbehandlas är orealistiskt och därmed är det mer naturligt att endast den delmängd som tas ut kommer att förbehandlas. Förbehandling utgörs oftast någon slags krossning av avfallet för att minska partikelstorleken vilket dessutom medför att provet omblandas och därmed också blir homogenare. I provtagningsplanen ska förbehandlingsmetoden beskrivas samt vilket resultat den ska ge till exempel vilken i form av en största partikelstorlek i materialet. Avfallets egenskaper, såsom fukthalt kan påverkas av förbehandlingen vilket kan leda till mindre representativa provningsresultat [7]. 2.3 Neddelningsmetod Neddelning av provet är betydande för att underlätta hanteringen, transport och förvaring av proverna, och för att underlätta uttaget av ett laboratorieprov samt beredning och hantering av provet på laboratoriet. Neddelningen av provet är också avgörande för att uppnå ett representativt laboratorieprov, vilket möjliggör multipla analyser av samma samlingsprov. Dock bör proven oftast förbehandlas genom storleksreduceras för att underlätta neddelning [7]. Generellt medför neddelning en liten påverkan på representativiteten hos det ursprungliga provet. Torra material med liten partikelstorlek kan eventuellt påverkas om inte neddelningen utförs korrekt [7]. Det finns flera olika metoder för att neddela ett prov, både manuellt och med hjälp av apparater. Det vanligaste tillvägagångssättet för manuell neddelning är sträng-, kak-, kon- och kvarteringsmetoden. Innan neddelning av provet påbörjas är följande frågor viktiga att besvara [5]: Med vilken metod bör neddelningen ske? Hur stort ska ett delprov vara? Hur många parallella delprov behövs? Kon- och kvarteringsmetoden Metoden kan användas till material som är möjlig att skyffla såsom pellet, flis, fluff samt malt avfall. Metoden är även lämplig till delning av stora eller relativt fuktiga prov och som kan utföras direkt i samband med provtagningen med enkel utrustning. Provet placeras på ett hårt underlag i en konformad struktur och en omblandning utförs tre gånger. Den tredje gången plattas konen ut till ett lager varefter materialet delas i fyra lika delar (0). Motstående delar samlas upp till ett delprov och det resterande materialet kasseras och detta upprepas till att önskad minsta kvantitet är uppnådd [7,13] 21

24 Figur 5 Beskrivning av metoden koning och kvartering [13]. Figure 5 Illustration of a sample division method coning and quartering [13] Kakmetoden manual increment division Denna metod är lämplig för pellet eller andra fasta bränslen med liten partikelstorlek och som kan hanteras med skyffel. Provet placeras på en hård och ren yta och homogeniseras genom en omblandning. Med skyffeln sprids provet ut till en rektangel med ett djup som inte är större än tre gånger större än största nominella partikelstorleken. Rektangeln delas därefter upp i minst 20 delar genom att märka lätt med skyffeln, och därefter tas ett delprov från varje ruta [13]. Figur 6 Principen bakom neddelning enligt kakmetoden [13]. Figure 6 Illustration of a sample division method manual increment division [13] Strängmetoden strip mixing Denna metod kan användas till de flesta typer av material och är lämplig när ett prov ska neddelas till ett mindre antal laboratorieprover. Placera provet på ren och hård yta och blanda om med en skyffel. 22

25 Placera en vertikal platta (3 i 0) i varje ända av remsan och fördela materialet längs med denna så jämnt som möjligt, arbeta från ända till ända på respektive sida. Längden i förhållande till bredden ska inte vara mindre än 10:1. Ta minst 20 delprov som är jämnt fördelade längs med strängen. Varje delprov tas genom att föra in två plattor vertikalt i strängen och ta bort allt material som finns däremellan (2 i 0). Distansen, som ska vara densamma hela tiden, väljs så att metoden åstadkommer en tillräcklig provkvantitet för laboratoriet genereras [13]. Figur 7 Beskrivning av metoden neddelning med strängmetoden. Relation mellan längd och bredd av stängen får inte understiga 10:1 [13]. Figure 7 Illustration of a sample division method string mixing [13]. 2.4 Befintliga publicerade metoder Det finns fyra metoder som är intressanta att granska närmare för att ge en sammanfattade teoretisk grund för provtagning av heterogent fast avfall. Technical Committee CEN/TS 343 Technical Specification Solid recovered fuels CEN/TS respective (2006) Technical Committee CEN/TR 292 Technical Report Characterization of waste CEN/TR15310 (2006) Nordtest Solid waste, particulate material: sampling (1996) US-EPA Manual SW-846 Test Methods for Evaluating Solid Waste, Physical/Chemical Methods. Uppdaterad version av kapitel 9 i tidigare SW-846 RCRA Waste sampling draft technical guidance (2002). Ingen av dessa metoder är i grunden avsedda för heterogent avfall. Användningsområdet och begränsningar för varje metod sammanfattas nedan samt att den effektiva provkvantiteten beräknas för en provtagningssituation med heterogent avfall med en partikelstorlek d 95 = 40 cm. Slutligen jämförs de olika beräknade provkvantiteterna för de olika metoderna Solid Recovered Fuels Methods for sampling CEN/TS CEN har nyligen tagit fram ett förslag till metod för provtagning av fasta utsorterade och behandlade avfallsfraktioner. Begränsningen med metoden är att den är avsedd för fasta utsorterade material 23

26 (SRF) såsom fluff-fraktioner eller granulära fasta material av typ pellets och är således inte lämplig för heterogent fast avfall. Vidare får den maximala vikten av en population inte överstiga 1500 ton. Om vikten överstiger denna gräns ska provet delas upp i nya mindre populationer s.k. sub-prover. Denna tekniska specifikation beskriver följande delmoment: definition av bränsleparti (dvs provtagningspopulation), hur en provtagningsplan utarbetas, val av provtagningsförfarande, bestämning av minsta provkvantitet och antal delprov, ( 24) fysiska provtagningsmetoder och utrustning för dessa samt fördelning av delprover i tid respektive rum Bestämning av minsta provkvantitet Den minsta provkvantiteten bestäms bland annat av bränslets maximala partikelstorlek och storleksfördelning, bränslets formfaktor och bränslepartiklarnas densitet. Den minsta provkvantiteten beräknas enligt m m = 6 d 3 95 s g ( 1 p) CV ( ) 2 0,1 [ g] (1) Ekvation 1. Beräkning av minsta provkvantitet enligt CEN/TS Parametrarna i ekvationen motsvarar följande: m m -> The mass of the minimum increment size = [g] d 95 -> The nominal top size of a particle 2 =? [cm] d 05 -> The nominal minimum size 3 =? [cm] V 95 -> The maximum volume of a particle =? [cm 3 ] s =V 95/ (d 95) 3 -> The shape factor =? [cm 3 /cm 3 ] -> The particle density =? [g/cm 3 ] g = d 95/ d 05 -> The distribution factor 4 = 0,25 p -> Fraction of the particle with a specific characteristic = 0,1 [g/g] CV -> The coefficient of variation caused by fund. error = 0,1 Av dessa parametrar måste partikelstorleken och partikelvolymen vara kända för att den minsta provkvantiteten skall kunna beräknas. Resterande parametrar har uppskattats enligt rekommendationer angivna i den tekniska specifikationen. Formfaktorn (s) kan även uppskattas till 1 om storheterna partikelstorlek och partikelvolym inte är kända % av partiklarna är mindre än d % av partiklarna är mindre än d05 4 Avfallet har stor skillnad mellan den största och den minsta partikeln vilket resulterar i att kvoten (d95/d05) alltid är större än 4, vilket ger 0,25 från distributionstabellen i CEN/TS

27 Den minsta provvolymen för tre olika partikeltyper (olika relationer mellan djup, höjd och bredd) samt det generella fallet med s=1 åskådliggörs i 0. Min sample size (kg) A = B = d/4 d/2 10 C = d/2 d d d 1 d/2 s= Nominal top size (cm) Waste A Waste B Waste C Waste s=1 Figur 8 Beroendet av partikelstorlek hos fyra olika partikeltyper för den minsta provvolymen som behövs för att ta ett representativt prov från bränslebladningen. Figure 8 Correlation between particle size and shape and the minimal sample volume required to achieve a representative sample from the mixture. Det syns tydligt i 0 att den generella uppskattningen med en formfaktor s =1 ger upphov till enormt stora provvolymer med ökad partikelstorlek. Det lönar sig därmed att lägga ned tid på att storleks- och volymbestämma bränsleblandningen innan provtagning startar. Av de tre bränslepartiklarna A, B och C som presenteras i modellen ovan är styckeformen A och B mest troliga i ett heterogent avfallsbränsle. Den minsta storleken på varje delprov ska vara, i volym räknat, minst tre gånger större än den nominella största storleken i alla dimensioner. För att bestämma massan av den minsta kvantiteten på ett delprov för SRF med en d 95 större än 3 mm används följande ekvation enligt CEN/TS 15442: m m [ kg] 8 3 = 2,7 10 d (2) 95 Ekvation 2 Beräkning av minsta delprovkvantitet enligt CEN/TS Parametrarna i ekvationen motsvarar följande: m m -> The mass of the minimum increment size [kg] d 95 -> The nominal top size of a particle [mm] -> The flow density of the bulk [kg/m 3 ] 25

28 Provtagningsplanen ska både uppfylla det angivna minsta antalet delprov, dvs 24 stycken, och en minsta provkvantitet. Av denna anledning kan den effektiva, dvs verkliga, delprov- och provstorleken bli större än den beräknade minsta provkvantitet. Ett exempel på vilken parameter (minsta prov- eller delprovkvantitet) som är styrande visas i räkneexemplet nedan. Exempel Den minsta provkvantitet för avfallstyp A beräknas enligt (1) med följande data: d 95 = 40 [cm] d 05 = 5 [mm] V 95 = 8000 [cm 3 ] s =V 95/(d 95) 3 = 0,125 [cm 3 /cm 3 ] = 1 [g/cm 3 ] = [kg/m 3 ] g = 0,25 p = 0,1 [g/g] CV = 0,1 ( 1 0,1) 2 ( 0,1) 3 m m = 40 0, ,25 940kg 6 0,1 => Minsta provkvantiteten = 940 kg Minsta delprovkvantiteten enligt ekvation 2: 8 3 m m = 2, kg => Minsta delprovkvantiteten = 520 kg Minsta antal delprov enligt den tekniska specifikationen = 24 Den effektiva verkliga provkvantiteten blir därmed ,5ton vilket innebär att minsta delprovkvantiteten gånger antalet delprov blir styrande för den slutliga provkvantiteten i detta exempel Characterization of waste Sampling of waste materials CEN/TR År 2006 publicerade CEN en Technical Report som behandlar karakterisering av avfallsmaterial, CEN/TR Denna är uppdelad i följande delar: Part 1: Guidance on selection and application of criteria for sampling under various conditions. Part 2: Guidance on sampling techniques. Part 3: Guidance on procedures for sub-sampling in the field. 5 Ett antagande av bulkdensiteten. 26

29 Part 4: Part 5: Guidance on procedures for sample packing, storage, preservation, transport and delivery. Guidance on the process of defining the sampling plan. Inga begränsande egenskaper såsom partikelstorlek eller material sort anges för provtagningspopulationen i denna tekniska rapport. Flera likheter finns mellan den tidigare beskrivna tekniska specifikationen och den tekniska rapporten 15310, emellertid är den tekniska rapporten något mer detaljerad i beskrivningen av hur varje steg i en provtagning ska genomföras. En viktig skillnad som bör lyftas fram är beräkningen av den minsta provkvantiteten i CEN/TR där formfaktorn (s) ej ingår (eller är satt till s = 1), vilket innebär att provkvantiteten ökar drastiskt med ökande partikelstorlek (0). Bestämning av minsta provkvantitet Den minsta provkvantiteten beräknas med Ekvation 3: ( 1 p) 2 ( CV ) 3 m m = d 95 g 6 0, 1 [ g] Ekvation 3. Beräkning av minsta provkvantitet enligt CEN/TR (3) Parametrarna i ekvationen motsvarar följande: m m -> The mass of the minimum increment size =? [g] d 95 -> The nominal top size of a particle 6 =? [cm] d 05 -> The nominal minimum size 7 =? [cm] -> The particle density =? [g/cm 3 ] g = d 95/ d 05 -> The distribution factor 8 = 0,25 p -> Fraction of the particle with a specific characteristic = 0,1 [g/g] CV-> The coefficient of variation caused by fund. error = 0,1 Den minsta kvantiteten på varje delprov beräknas exakt enligt samma metod som i den tidigare beskrivna tekniska specifikationen, dvs enligt ekvation (2). Precis som i föregående beskrivna tekniska specifikation måste även denna metod innehålla en provtagningsplan som både uppfyller det minsta antalet delprov och en minsta provkvantitet. Nedan följer samma räkneexempel av den effektiva provkvantiteten som tidigare men enligt metoder föreslagna i den tekniska rapporten Exempel Den minsta provkvantiten för avfallstyp A beräknas enligt (3) med följande data: d 95 = 40 [cm] = 1 [g/cm 3 ] = [kg/m 3 ] 6 95 % av partiklarna är mindre än d % av partiklarna är mindre än d05 8 Avfallet har stor skillnad mellan den största och den minsta partikeln vilket resulterar i att kvoten (d95/d05) alltid är större än 4, vilket ger 0,25 från distributionstabellen i CEN/TS

30 g = 0,25 p = 0,1 [g/g] CV = 0,1 ( 1 0,1) 2 ( 0,1) 3 m m = , kg 6 0,1 => Minsta provkvantiteten = 7500 kg Minsta delprovkvantiteten blir enligt (2): 8 3 m m = 2, kg => Minsta delprovkvantiteten = 520 kg Antal delprov = 24 Den effektiva verkliga provkvantiteten blir därmed ,5ton vilket innebär att den minsta delprovkvantiteten gånger antalet delprov även blir styrande för denna metoden vid beräkning av den slutliga provkvantiteten för detta exempel. Beräkningar visar att betydelsen av att formfaktorn har antagits till 1 har effekter för den effektiva provkvantiten när partikelstorleken överstiger ca 60 cm. I denna beräkning har ett linjärt förhållande mellan förändring i partikelstorlek och provets densitet ( ) antagits Nordtest Nordtests tekniska rapport Solid waste, particulate materials:sampling, NT ENVIR 004, är avsedd för provtagning av fast material, såsom askor, slagg och liknande material med en maximal partikel storlek på 80 mm. Detta gör att denna rapport lämpar sig bättre för provtagning av förbehandlat/malt avfall än obehandlat eftersom partikel storleken oftast annars är för stor. Materialet som ska provtas och som består av större partiklar måste förbehandlas på något sätt före provtagning vilket i praktiken innebär att hela provtagningspopulationen (exempelvis avfallsbunkern eller högens innehåll) måste storleksreduceras före provtagning. Bestämning av minsta provkvantitet Om populationens varians är okänd kan minsta antalet delprov bestämmas ur 0 vilket anger minsta antalet provpunkter baserat på en provtagningspopulation vars mängd är 30 ton eller mindre. 9 Erfarenhetsbaserat från anläggningsägare. 28

31 Tabell 1 Minsta provantalet från en population som innehåller mindre än 30 ton fast avfall [10]. Table 1. Minimal numbers of samples that needs to be taken from a population smaller than 30 tones of waste material [10]. Kategori Grad av heterogenitet Antal prover A Homogent fast avfall, t.ex. provtagning av kolflygaska från fallande ström 5 B Heterogent fast avfall, t.ex. provtagning av bottenaska från förbränning, från en fallande ström 7 C Mycket heterogent fast avfall, t.ex. provtagning av stationärt avfall 10 Eftersom en avfallsbunker innehåller betydligt mer än 30 ton, oftast 1000-tals ton, måste det minsta antalet delprov istället bestämmas enligt ekvation (4). n [ kg] = 0, 183 w N (4) Ekvation 4 Minsta antalet prover enligt NT ENVIR 004 från en population som innehåller mer än 30 ton. Parametrarna i ekvationen motsvarar följande: n = minsta antal prover [st] w = totala mängden avfall [ton] N = antalet prover enligt 0 Den aktuella provmängden vid provtagning från en stationär population, såsom exempelvis avfall från en bunker, bestäms på samma sätt som vid provtagning från fallande ström. Minsta provvolymen bestäms enligt ekvation (5). 3 max ) [ ] 3 V = ( 0,03 d dm, Ekvation 5. Minsta kvantitet på provvolym. Parametrarna i ekvationen motsvarar följande: 3 V 1dm (5) V -> minimum primary sample volume [dm 3 ] d max = maximum particle size 10 [mm] Exempel Ett prov skall tas från en bunker som rymmer 5000 ton heterogent avfall. w = 5000ton kategori = C (stationärt avfall) n = 0, = 129st delprov d max = 400mm V = (0,03 400) 3 = 1728dm 3 3 Vilket innebär en effektiv provkvantitet på m. 29

32 2.4.4 RCRA Waste sampling draft technical guidance Den amerikanska manualen är endast användbar för granulärt fast material med en maximal partikelstorlek på 3,72 cm varför denna egentligen inte kan appliceras på heterogent avfall. Det som gör denna manual intressant är dess detaljerade och bra beskrivningar av viktiga moment både före, under och efter provtagning. RCRA manualen ger inga närmare instruktioner för hur många delprov som behövs vid en provtagning. Den effektiva provkvantiteten beräknas, eller snarare uppskattas, utifrån vilken varians som accepteras i det fundamentala felet. Detta är en uppgift som kan vara svår och nästan omöjlig att uppskatta innan en första provtagning är genomförd. Den uppskattade effektiva provkvantiteten anses dock ge ett tillräckligt bra första uppskattning för att bestämma förhållandet partikelstorlek provkvantitet samtidigt som det fundamentala felet kontrolleras inom ett önskat intervall. Med utgångspunkten att variansen av det totala felet på provtagningen (S 2 FE) är direkt proportionell mot den största partikelstorleken och är omvänt proportionell mot provets massa anges en formel i manualen för olika nivåer av accepterade varians (ekvation 6). Bestämning av minsta provkvantitet 3 M S K d (6) Ekvation 6. Uppskattning av provkvantiteten enligt RCRA manualen Parametrarna i ekvationen motsvarar följande: M S = massa [g] d = diameter av den största partikeln 11 [cm] K = konstant Vid 5% varians K= , vid 16 % varians K= Exempel Motsvarande provtagningssituation som tidigare har beräknats exemplifieras här enligt metoder beskrivna i RCRA-manualen. d = 40 cm M M S S = = = 640ton = 64ton Med en accepterad standardavvikelse på 5 % blir den effektiva provkvantiteten mycket stor (640 ton). Med en ökad accepterad varians, till 16%, minskar den effektiva provkvantiteten betydligt till 64 ton. Dock bör det förtydligas att den angivna manualen inte är giltig för det aktuella partikelstorleken i räkneexemplet och att provkvantiteterna ökar drastiskt med ökad partikelstorlek % av partiklarna är mindre än d % av partiklarna är mindre än d95 30

33 2.4.5 Jämförelse mellan metodernas beräknade provkvantiteter En överblick av resultatet beträffande beräknad effektiv provkvantitet från de fyra respektive metoders beräkningsmodell visas i nedan i tabellen. De beräknade exemplet kan anses representera en anläggning som använder sig av ett obehandlat avfall med en partikelstorlek runt 40 cm (exempelvis Renovas anläggning som användes inom detta arbete). Det bör dock noga beaktas att ingen av de fyra metoderna är avsedda för ett sådant heterogent avfall. Tabell 2 Jämförelse mellan metodernas beräknade effektiva provkvantiteter Table 2. Comparison of calculated effective sample volume according to the different methods CEN/TS CEN/TR Nordtest RCRA Minsta provkvantitet 940 kg 7,5 ton 1,7 m 3 ej Minsta delprovkvantitet 520 kg 520 kg ej Antal delprov ej Effektiv provkvantitet 12,5 ton 12,5 ton (67 ton) 223 m ton Att metoderna och ger olika minsta provkvantiteter beror på skillnaden i formfaktorn (s). Beräkningen av minsta delprovkvantitet är baserad på samma ekvation, varför den slutliga effektiva verkliga provkvantiteten blir densamma för de två metoderna. Denna relativt låga volym på 12,5 ton förutsätter dock att representativa delprov om 500 kg kan provtas ur populationen. Om så inte är fallet, dvs den minsta delprovkvantiteten kanske styrs av befintlig utrustning för provtagning (gripklo), resulterar det i en signifikant högre effektiv provkvantitet. I Nordtest beräknas kvantiteten i volym istället för massa och minsta delprovkvantiteten beräknas ej, istället är det antalet delprov som är föremål för beräkning. Baserat på erfarenheter från provtagningar av heterogent obehandlat avfall uppskattas densiteten på det exemplifierad avfallet till 300 kg/m 3. Den motsvaras beräknade provvolymen på 223 m 3 motsvaras då av en vikt på 67 ton. Sammanfattningsvis, resulterar alla de fyra metoderna ovan i relativt komplicerade provtagningsplaner som också därmed är kostsamma för anläggningsägaren att utföra Methods for laboratory sample preparation CEN/TS Utöver förslag till hur provtagning ska utföras har också en Teknisk Specifikation för upparbetning till laboratorieprov tagits fram av CEN. Specifikationen beskriver bl.a. framtagning av upparbetningsplan, metoder och utrustning för neddelning samt metoder och utrustning för reduktion av partikelstorlek (malning etc). Syftet med denna specifikation är att beskriva metoder och riktlinjer för neddelning av provet på laboratoriet före analys. Innan neddelning påbörjas skall följande undersökas: a) Minsta provvolymen som behövs för att utföra analys (m) b) Den aktuella provvolymen (m0) 31

34 c) Den nominella partikelstorleken (d95) d) Formfaktorn (s) e) Den nödvändiga reduktionen av provstorleken f) Vilka förbehandlingsmetoder som krävs med avseende på vad som skall analyseras Vid varje reduceringssteg av provet ska varje partikel ha en lika stor chans att ingå i det nya reducerade provet. Att ändra formfaktorn (s) på partiklarna har en stor inverkan på hur mycket volymen kan reduceras. För icke-granulära material med en formfaktor som är mycket mindre än 1,0 behöver en korrigering utföras för den ändrade formfaktorn. Hur korrigeringen ska utförs är specificerat i den aktuella tekniska specifikationen enligt ekvation 7 nedan. m m 1 2 s s 1 2 d d Ekvation 7. Beräkning av minsta provkvantitet efter partikelreducering enligt CEN/TS (7) Parametrarna i ekvationen motsvarar följande: m 1 -> is the sample size of sample to be reduced m 2 -> is the sample size of sample after reduction s 1 -> is the shape factor of sample to be reduced s 2 -> is the shape factor of sample after reduction d 1 -> is the nominal top size of sample to be reduced d 2 -> is the nominal top size of sample after reduction Nedan följer ett räkneexempel där den nya provvolymen beräknas efter utförd partikelreducering. Exempel Provet till labbet är 50 kg med en partikelstorlek på ca 300 mm efter en första förbehandling vid anläggningen innan provet skickades till laboratoriet. Kvarnen kan mala provet till 30 mm, dvs en 10 gånger partikelstorleksreducering. Den nya formfaktorn s 2 erhålls i tabell A 1 i den teknisk specifikationen. m 1 = 50 kg m 2 =? s 1 = 0,125 s 2 = 1,0 12 d 1 = 300 mm d 2 = 30 mm m1 m2 0, 40kg 3 s1 d1 s 2 d 2 12 Då provet storleksreduceras 10 gånger från 300 till 30 mm och är icke granulärt, blir den korrigerade formfaktorn s2 = 1,0, f0= 0,15 och formen mixed/average. Enligt tabell A.1 i

35 Enligt denna beräkning behöver laboratoriet en minsta provkvantitet på 0,40 kg i efterföljande steg av partikelreducering och neddelning. 33

36 3 Material och Metod 3.1 Kunskapsinsamling Den litteraturstudie som redovisats i avsnitt 2 ovan har utförts för att sammanställa kunskapsläget vad gäller provtagning av fasta bränslen. Kunskapssammanställningen är baserad Pierry Gy s Theory of Sampling, befintliga tekniska rapporter, tekniska specifikationer samt manualer om hur provtagning i hög ska utföras på heterogent fast material. Övrigt material har i huvudsak insamlats från databaser och från Internet med Google som sökmotor. Inventering av problembilden utifrån anläggningsägarnas syn har skett genom intervjuer med sju ägare av avfallsförbränningsanläggningar i Sverige. 3.2 Empirisk underökning En empirisk undersökning har utförts för att undersöka hur väl de metoder som beskrivs i avsnitt 2 lämpar sig för provtagning av heterogent avfallsbränsle ur bunker. Den empiriska undersökningen innefattar följande fyra delmoment: Bränsleprovtagning Neddelning Provberedning i laboratoriet med val av kritiska parametrar Plockanalys Bränsleprovtagningen genomfördes vid Renovas avfallsförbränningsanläggning i Göteborg. Anläggningen består av tre pannor som vardera har en förbränningskapacitet på 15, 22 och 22 ton/h. Avfallet som omhändertas är ett heterogent obehandlat avfall vilket består av 60 % hushållsavfall och 40 % verksamhetsavfall. Det inkommande avfallet tippas i en avfallsbunker som rymmer m 3. Avfallet lyfts från bunkern till inmatningsficka med hjälp av gripklo som rymmer ca 4 ton (ca 8 m 3 ) (0). 34

37 Figur 9 Skiss över avfallsbunkern respektive ångpannan på Renovas anläggning. Figure 9 Schematic drawing of the waste bunker and boiler at Renova power plant Provtagningsplan Ingen av de tidigare beskrivna metoderna följdes exakt när provtagningen utfördes eftersom ingen av dem är gällande för provtagning av heterogent avfallsbränsle. Emellertid användes metodernas rekommenderade planeringssteg, grundade på P. Gy s TOS [4], som referens för hur en provtagning ska utföras. En provtagningsplan upprättades således för att minimera felkällor och för att effektivisera provtagningen. Provtagningens syfte och intressanta provningsparametrar identifierades och kommunicerades till alla inblandade. Resultaten från ett referensprov och två mindre provvolymer, vilka generades med färre antal delprover, utvärderades i denna provplan. Den provtagningsstrategi som valdes för uttag av delprov ur bunkern var bedömningsbaserad med en sannolikhetsbaserad infallsvinkel. Grunden för detta val är att avfallet i bunkern kontinuerligt omblandas vilket påverkar partiklarnas placering i bunkern slumpmässigt. Vid uttaget gjordes även en okulärbesiktning av traversföraren där delprovet som var i gripklon bedömdes vara representativt eller inte för avfallsbunkern i stort. Den effektiva provtagningskvantiteten för referensprovet styrdes av den minsta representativa delprovet som kunde provtas från bunkern med befintlig utrustning (gripklo), nämligen två ton. Ovanstående resonemang, tillsammans med minsta antalet delprov ( 24) enligt CEN/TS , resulterade i en effektiv provkvantitet på >48 ton för referensprovet. Enligt metoderna ska öppningen på ett provredskap vara åtminstone 2,5-3 ggr större än styckestorleken (d 95) för att inga partiklar ska exkluderas, kriterier som uppfylldes av den befintliga gripklon. Den totala provkvantiten förbehandlades genom att malas två gånger genom en hammarkvarn före neddelning av provet påbörjades. Vid neddelningen av den effektiva provkvantiteten användes en egen metod som inte finns beskriven i litteraturen, en s.k. halveringsmetod. Denna metod beskrivs i genomförandet av denna rapport. När mängden prov hade reducerats till en hanterbar mängd, motsvarande 500 kg, utfördes en slutlig provtagning enligt kakmetoden för att erhålla ett laboratorieprov. 13 Beakta att CEN/TS inte gäller för heterogent fast avfall 35

38 Bort Bort a) Volym X b) Volym X/2 c) Volym X/2 d) Volym X/4 Figur 10 Metodiken bakom metoden halveringsprincipen. Hela provmängden fördelas jämnt på en ren yta. Därefter reduceras ytan till hälften (a). Den reducerade provmängden fördelas och blandas därefter ut jämnt tills samma yta har återskapats (b). Den halverade mängde reduceras ytterligare men denna gången från andra sidan (c). En fjärdedel av det kvarvarande provet fördelas därefter ut jämnt tills samma yta har återskapats (d). Proceduren fortgår tills en tillräckligt liten mängd kvarstår. Figure 10 Description of the methodology of half-reduction-step principal. The sample is evenly spread into a square. Half the amount of the waste material is then removed (a). The remaining sample is thereafter spread evenly (b) before it is reduced a second time. This time the reduction occurs from anther angel (c). The remaining sample is then once again evenly spread into the original shape (d). The procedure progress until the final volume is small enough to facilitate an accurate sampling for a laboratory sample. Delprov för laboratorieprovet togs ut manuellt med hjälp av en skyffel, vilket inte uppfyllde kriterierna med 2,5-3 ggr större öppning än styckesstorleken. Detta kunde dock åtgärdas genom att de partiklar som var större en skyffeln togs med händerna för att på så sätt inkluderas i provet. De delprov som togs för att utgöra ett laboratorieprov utfördes enligt metoden systematisk slumpmässighet med inslag av bedömning Provberedning och analys på laboratoriet Neddelningen på laboratoriet följde kraven gällande prov- och partikelstorleksreduktion enligt den tekniska specifikation CEN/TS Provet neddelades med hjälp av koning- och kvarteringsmetoden. Det effektiva värmevärdet definierades som den mest intressanta parametern att studera inom detta arbete. För att bestämma det effektiva värmevärdet måste andelen aska, kol (C), väte (H), kväve (N), syre (O), svavel (S), fukt samt det kalorimetriska värmevärdet bestämmas i varje prov. Följande metoder användes för analys av respektive parameter. Total fukt: CEN/TS , Aska: modifierad SS , Svavel: CEN/TS 15289, Kol, väte, kväve: CEN/TS 15104, Värmevärde: CEN/TS (likvärdig med ISO 1928). 36

39 3.2.3 Plockanalys En förenklad plockanalys utfördes enligt riktlinjer angivna av Avfall Sverige i manualen 2005:19 [5]. Avfallet delades endast in i 10 primära fraktioner förslutna soppåsar öppnades inte utan klassificerades som hushållssopor i påsar. Avfallet sorteras i följande 10 fraktioner: Hushållssopor i påsar Bioavfall Papper och kartong Plast Glas Metall Trä Textil Farligt avfall och elektronik Övrigt (ej papper) När plockanalys var avslutad och respektive fraktion var vägd omblandas alla fraktioner med varandra för att därefter ingå i bränsleprovtagningen. Plockanalys av delproverna är en lika viktig analys av delprover som kemisk analys. Vilken analys, eller om båda, utförs på provet styrs av vilka resultat som efterfrågas och vilka frågor som skall besvaras. 37

40 4 Genomförande av empirisk undersökning Den första provtagningsomgången utfördes den oktober 2006 och bestod av fem separata prover (A, B1, B2, C1, C2) vilka representerade tre olika provstorlekar. Prov A utgjorde ett referensprov och innehöll således den största provvolymen (ca 50 ton). Syftet med att skapa en referens var att undersöka likheter och skillnader med de mindre provmängderna B (ca 16 ton) och C (ca 4 ton) jämfört med referensprovet. En andra provtagningsomgång utfördes den 17 februari 2007, bestående av ytterligare fyra C-prov vilka fick benämningen C3, C4, C5 och C6. Denna provtagning utfördes med syfte att undersöka repeterbarheten i den valda metoden. 4.1 Provtagning av avfall vid Renovas avfallsförbränningsanläggning Provtagning För att ett så representativt provmaterial som möjligt ska erhållas krävs det att provtagaren (läs traversföraren) har stor erfarenhet och kunskap om avfallsbränslet som finns i bunkern samt att denne också är noga införstådd med provtagningens syftet. Det är viktigt att delproven som tas från bunkern är representativa för vad som brukar användas som bränsle i förbränningsprocessen. Detta innebar t.ex. att extremt stora, ej brännbara partiklar, inte ska inkluderas och att andra ej representativa mängder av t.ex. rent flis ska utgöra för stor del av delprovet. Varje representativt delprov innehållande ca två ton provtogs från avfallsbunkern genom att vikten på varje delprov avlästes på den inbyggda vågen i gripklon. Provet lades sedan nedanför en utvald tipport på en uppbyggd platå för att möjliggöra för en traktorgrävare att plocka ut provet ur bunkern (Foto 1 och 2). Ett tjockt lager flis hade lagts på toppen av avfallsplatån som skiljemarkering mellan avfallet i bunkern och det provtagna, upplagda delprovet. Traktorgrävaren lade därefter provet i en container (Foto 3-4) för efterföljande transport till förbehandling i hammarkvarnen. 38

41 Platå Foto 1. Delprovet lades på en uppbyggd platå nedanför en tipport. Foto 2. Traktorgrävaren plockar ut varje delprov från bunkern med en gripklon. Photo 1. Accumulation of the sub-sample inside the bunker Photo 2. Collection of the sub-sample from the bunker into an container. Foto 3. Delprovet lades därefter i en container för att transporteras till hammarkvarnen. Photo 3. Accumulation of the sub-sample in an container Foto 4. Det slutliga provet innan förbehandling i hammarkvarnen. Photo 4. The final sub-sample before grinding Ett förutbestämt antal delprov togs ur avfallsbunkern enligt ett bestämt schema angivet i provtagningsplanen (0 och 0). För att proverna ska vara jämförbara var det viktigt att de togs under samma tidsperiod och därmed härstammade från samma bränsleparti dvs samma provpopulation. 39

42 Tabell 3 Table 3. Provtagningsschema för 14-15/ För att proverna ska vara jämförbara var det viktigt att de togs under samma tidsperiod för att säkerställa att de härstammade från samma bränsleparti. Varje delprov motsvarade ca två ton avfall. Tabellen anger den löpande provtagningsföljden och den slutliga total provkvantiteten (ton). Sampling schedule for the first sampling campaign. Every sub-sample consists of two tones and all the five samples where taken in a parallel to minimize the sampling bias. Lördag den 14 oktober Söndag 15 oktober Provtagning A B1 B2 C1 C2 A B1 B2 C1 C Totalt (ton) 22,5 7,3 7,5 2,5 1,9 23,5 7,4 7,4 2,0 1,7 40

43 Tabell 4 Table 4. Provtagningsschema för 17/ Provtagningen utgjordes av fyra stycken prov med en vikt på fyra ton vardera. Varje delprov utgjordes av ca två ton. Tabellen anger den löpande provtagningsföljden och den slutliga totala provkvantiteten (ton). Sampling schedule for the second sampling campaign. Every sub-sample consists of two tones and all the five samples where taken in a parallel to minimize the sampling bias Provtagning C3 C4 C5 C Totalt (ton) 3,8 3,9 4,2 3, Förbehandling - styckestorleksreducering Partikeldiametern (d 95) hos det obehandlade avfallet uppskattades till ca 400 mm innan det storleksreducerades. Avfallet maldes två gånger genom hammarkvarnen i förbehandlingen på Renova. Materialet sönderdelades till varierande storlekar beroende på materialtyp. Enkla material såsom soppåsar, papper, trä etc sönderdelades till ca 200 mm i hammarkvarnen, medan plast, textil och metalliskt material mer eller mindre var opåverkade. Partikeldiametern, d 95, uppskattades till att endast reduceras måttligt till 300 mm efter hammarkvarnen. Den primära betydelsen av förbehandlingen var omblandningen av avfallsprovet som uppnåddes Neddelning Det förbehandlade avfallet tippades på ett torrt och belagt underlag (Foto 5) och fördelades därefter ut på golvet med hjälp av en traktorgrävare till en jämnhög kvadrat. Neddelningen påbörjades genom att kvadraten reducerades till hälften vid varje neddelningssteg. Mellan varje neddelningssteg spreds avfallet ut till samma kvadratstorlek som före reduceringen (Foto 6). Kvadraten halverades från olika sidor vid varje reducering för att undvika systematiska fel. Orsaken till att neddelningen utfördes enligt denna halveringsmetod är att det är praktiskt svårt att hantera så stora mängder avfall på något annat sätt. Beroende på provets initiala storlek neddelades det mellan 3-7 gånger (0). 41

44 Foto 5 Det malda materialet samlades upp i en container som därefter tippades på ett torrt och belagt underlag. Photo 5. Tipping of the grinded sample Foto 6 Avfallet fördelades jämnt i ett tunt lager för att möjliggöra provtagning av laboratorieprovet med skyffel. Photo 6. A thin layer of the remaining waste material is evenly spread to facilitate correct sampling of a laboratory sample. Tabell 5 De tre provstorlekarna neddelas i olika många steg för att uppnå en slutkvantitet som var densamma oavsett vilken kvantitet provet hade vid uttaget. Table 5. The three different samples A, B and C where divided with different number of reduction steps to achieve the final sample volume of 0,5 ton. Prov Kvantitet (ton) Antal neddelningssteg A ,5 11,5 6 6 B 15 7,5 3,7 1,8 0,9 0,5 C , ,5 0,75 0,5 Efter neddelning av hela provet, till en slut vikt av ca 500 kg, togs laboratorieprov av avfallet enligt kakmetoden. Kvadraten var i detta slutskede så tunn att det var möjligt att använda sig av skyffel. I möjligaste mån inkluderades hela kvadraten i varje delprov i laboratorieproven. En detaljerad beskrivning av hur de tre olika provkvantiterna A, B och C neddelades återfinns i Bilaga A. 4.2 Genomförande på laboratoriet Torkning och utsortering Provmängden för varje prov fördelades jämnt på plåtar som därefter sattes in i torkskåp. Provet torkades därefter enligt europeisk standard för bestämning av total fukthalt, CEN/TS Efter torkning utsorterades därefter det material som ej gick ner i kvarnen eller som inte gick att mala i den aktuella kvarnen såsom textil, sten, metall och stora plastbitar. Av hälsoskäl utfördes utsortering efter det 42

45 att avfallet hade torkats. De utsorterade materialen fördelades i fraktionerna brännbart och ej brännbart. Vikt och materialsort noterades för varje plåt och för respektive fraktion Storleksreducering och neddelning Efter torkning och utsortering maldes hela A-provets provmängd med d 95 motsvarande ca 300 mm till en storlek av 30 mm. Enligt beräkningar angivna i CEN/TS (kapitel 2.4.6) behövs en minsta provkvantitet på endast 0,40 kg av det malda materialet inkluderas i vidare beredning för att kraven för partikel och provstorleksreducering skall vara uppfyllda. Denna kvantitet är dock för liten för att alla analyser och upparbetningssteg ska kunna utföras på provmängden, varför en större andel av provet inkluderades i de fortsatta provberedningsstegen. Det malda provet kvarterades därefter och ca en fjärdedel maldes till en storlek av 5 mm. I andra och sista kvarteringen minskades mängden ytterligare med ca en fjärdedel och en slutlig mängd på ca 1500 g (torrvikt) maldes till 1 mm (0). I B1- och B2- respektive C1- och C2-proven utfördes inte kvarteringen som för A-provet. Precis som i A maldes hela mängden av respektive prov till 30 mm. För att undersöka betydelsen av provstorlekar innan provet maldes till en storlek av 5 mm, skapades två delprover i andra kvarteringen. Dessa delprov benämndes a och b, där a motsvarade ca en fjärdedel och b ca halva mängden av det ursprungliga provets kvantitet. Provtagningen resulterade därmed i 8 prover nämligen B1a, B1b, B2a, B2a, C1a, C1b, C2a och C2b. I tredje kvarteringen minskades både a och b med ca vilket resulterade i en slutgiltig torrvikt på 500 g för a och ca 1000 g för b innan de maldes till 1 mm (0). 43

46 För proverna C3 - C6, som generades i samband med andra provtagningstillfället, användes samma neddelningsmodell som för A-provet, dvs. endast två neddelningar utfördes. Figur 11 Beskrivning av metod för hur proverna neddelades i laboratoriet. För prov A och C3-C6 utfördes det två neddelningar medan tre neddelningar utfördes på prov B1, B2, C1 och C2t. Anledningen till dessa prov neddelades tre gånger var att dela upp proven i delprover och undersöka varians och relevans av två provstorlekar. Figure 11 Description of different steps of sample reduction used in the laboratory Analys När proven var neddelade och malda till 1 mm påbörjade analysen av de fastställda parametrarna vilka tillsammans resulterade i det effektiva värmevärdet enligt gälland standard. Använda metoder är angivna i kapitel

47 4.3 Plockanalys En enklare plockanalys utfördes i samband med den andra bränsleprovtagningen och innefattade två delprov á ca två ton. Varje delprov tippades på en ren golvyta och högen sorterades därefter i de utvalda fraktionerna. De större och lätt identifierade partiklarna, motsvarande ca 50 vikt-% respektive 40 vikt-% av de två proven, plockades först ut ur provet. Plockanalysen avbröts när endast mindre och svår sorterade partiklar kvarstod. Tio slumpmässigt utvalda prov med skyffel togs då från det kvarvarande provet. Dessa utvalda prover finsorterades därefter enligt samma fraktionering som tidigare och sammansättningen på den kvarvarande provet beräknades utifrån plockanalysresultatet av den fina partikelfraktionen. 45

48 5 Resultat 5.1 Intervjuer med anläggningsägare Resultatet från intervjuerna inom detta projekt visade på att kunskapen inom provtagningen och vidare utvärdering/analys av heterogena avfallsbränslen är relativt bristfällig hos de tillfrågade anläggningsägarna. Däremot finns det ett tydligt behov av klara riktlinjer som fungerar i praktiken. Projektet fokuserades därför mot att ta fram metoder och riktlinjer genom empirisk undersökning istället för utökade intervjuer. 5.2 Prov karaktärisering I de fyra tabellerna nedan presenteras resultaten från karaktäriseringen. Data från invägning, kemisk analys och plockanalys redovisas i separata tabeller. Tabell 6. Table 6 Resultat från invägning, torkning och bortsortering av proverna. The sample weight before and after the sample is dried and amount of material removed from the sample before sample grinding. Prov A B1(a+b) B2(a+b) C1(a+b) C2(a+b) C3 C4 C5 C6 Total vikt (inlämnings.tillst.) 51,8 49, ,5 47,1 31,3 33,6 13,3 27,4 Total vikt (torrt prov) 35,3 27,1 33,3 31,4 33,4 21,9 21,2 8,8 19,1 Borttaget (kg) 5,4 3,8 2,6 5,1 4,4 3,5 2,8 1,4 3,3 Borttaget (vikt-%, torrt prov) 15% 14% 8% 16% 13% 16% 13% 16% 17% Borttaget (brännbart) 74% 81% 78% 67% 76% 51% 50% 50% 50% Borttaget (ej brännbart) 26% 19% 22% 33% 24% 49% 50% 50% 50% 0 och 0 presenterar rådata från laboratorieanalysen av alla prover. Fukthaltbestämningen för B1, B2, C1 samt C2 utfördes för neddelningen av (a) och (b) och därmed uppvisar dessa prov samma fukthalt. 46

49 Tabell 7. Table 7. Bestämningar av fukthalt, aska och det effektiva värmevärdet (MJ/kg) för varje prov. Antalet bestämningar utförda bakom varje värmevärdesanalys är också angiven. Alla procentangivelser är redovisade i viktprocent och delar av resultatet är angivet både på torrt och vått prov. Moisture and ash content and the net calorific value in wet and dry samples Prov Antal v.v. beställningar Fukt (%) Aska (%) Torrt Eff.v.v (MJ/kg) Vått +/- Std.av. Eff.v.v (MJ/kg) Torrt +/- Std. av. A 3 31,8 23,1 11,14 0,14 17,49 0,21 B1a 3 44,8 19,6 8,51 0,15 17,39 0,26 B1b 5 44,8 22,2 8,34 0,32 17,08 0,58 B2a 3 33,4 20,8 10,55 0,17 17,08 0,25 B2b 3 33,4 20,8 10,73 0,27 17,35 0,41 C1a 4 32,4 20,7 10,43 0,07 16,60 0,11 C1b 4 32,4 23,4 10,63 0,23 16,90 0,34 C2a 3 29,0 19,0 11,81 0,13 17,64 0,18 C2b 3 29,0 17,1 11,61 0,26 17,37 0,37 C3 6 30,2 24,0 11,41 0,38 17,40 0,54 C4 4 36,9 22,7 10,75 0,12 18,47 0,19 C5 3 33,5 36,4 9,21 0,29 15,09 0,43 C6 3 30,4 27,8 11,19 0,14 17,15 0,2 Tabell 8 Table 8. Svavel-, kol- och väte- redovisade både för vått och torrt prov i viktprocent. Sulfur, carbon and hydrogen content in both wet and dry samples. Prov S (%) Vått S (%) Torrt C (%) Vått C (%) Torrt H (%) Vått H (%) Torrt A 0,26 0,38 29,2 42,8 7,3 5,6 B1a 0,19 0,34 24,3 44,0 8,0 5,5 B1b 0,20 0,37 22,7 41,2 7,8 5,1 B2a 0,24 0,37 29,3 44,1 7,4 5,6 B2b 0,24 0,36 28,8 43,3 7,4 5,5 C1a 0,24 0,35 29,6 43,9 7,3 5,5 C1b 0,22 0,33 29,0 43,0 7,3 5,4 C2a 0,16 0,22 31,4 44,2 7,2 5,6 C2b 0,14 0,20 32,0 45,1 7,1 5,5 C3 0,23 0,33 30,6 43,8 7,4 5,9 C4 0,22 0,35 28,6 45,3 7,9 6,0 C5 0,18 0,27 25,8 38,8 7,1 5,1 C6 0,40 0,57 29,1 41,8 7,1 5,4 47

50 Tabell 9 Fördelning mellan de olika fraktionerna i de två delproven som plockanalyserades. Massan för varje fraktion anges i (kg) Table 9. Results from the sorting analyses conducted on the two sub-samples Fraktion C3 (kg) C4 (kg) Hushållssopor 619,8 533,6 Bioavfall 258,3 288,5 Papper & kartong 258,7 404,2 Plast 173,4 244,3 Glas 14,9 36,6 Metall 43,3 18,6 Trä 202,5 204,5 Tyg 51,5 79,5 Farligt avfall och elektronik 13,5 8,0 Övrigt (ej papper) 84,8 83,5 Summa

51 6 Resultatanalys I detta kapitel analyseras och diskuteras de tidigare presenterade resultaten. Valen av metoder vid provtagning och på laboratoriet utvärderas dessutom. 6.1 Betydelse av laboratorieprovstorlek för resultatets kvalité kg MJ/kg Figur 12. Relationen mellan vikten av vått prov och det uppmätta effektiva värmevärdet på vått prov. Referensprovet A är i figuren angivet som en gul punkt. Figure 12. Correlation between the sample weight (wet) and the net calorific value. The reference sample A is marked with yellow. Alla prover med en vikt mellan 30 och 50 kg, utom de två B1-proverna, uppvisar relativt lika effektiva värmevärden (10,4 till 11,8 MJ/kg) på vått prov. Orsaken till det lägre uppmätta värmevärdet för B1 vid inlämningstillstånd är dess signifikant högre fukthalt (0). Den lägre provvolymen på 13,3 kg (C5) uppvisade dock ett väsentligt lägre värmevärde, vilket berodde på provets höga askhalt (0 och 0 över). Anledning till den högre mängden aska beror troligen på att andelen inert material, som grus och sten, var högre i detta prov. En förklaring till detta kan vara att C5 provet var det första provet som neddelades vid det andra provtagningstillfället och att golvytan inte var tillräckligt ren. En annan anledning kan vara att andelen delprov som representerade finfraktionen av provet var högre då det totala antalet delprov var färre. Att ett färre antal delprov från prov C5 togs orsakades av ett misstag i kommunikationen vilket resulterade i en mindre total provkvantitet. Resultatet från prov C5 utesluts således från kommande utvärderingar pga. att provtagningen inte har utförts på ett jämförbart sätt. En annan lärdom från de två provtagningskampanjerna är att man med fördel kan styra provmängderna till laboratoriet efter volym istället för vikt. Anledningen till detta är att det efterföljande momentet, torkning, i laboratoriet har en begränsning i volymen material som kan torkas varje gång och 49

52 att volymen av ett prov inte lika tydligt är direkt påverkad av provets fukthalt. Vidare förenklas provtagningen eftersom provvolymen är lättare att uppskatta utan att extra hjälpmedel såsom en våg behövs. Vid provberedning på laboratoriet reducerades partikelstorleken i hela provmängden genom att den maldes till 30 mm för att sedan neddelas till mindre delprover för vidare analys. Storleksreducering av stora provmängder är en tidskrävande process och om den kan kortas ned utan försämring av resultatet har det en positiv effekt på leveranstid och arbetskostnader. För att undersöka betydelsen av provstorleken före det att provet maldes en andra gång till en storlek av 5 mm skapades två delprover i andra kvarteringen på proverna B1, B2, C1 och C2. Dessa delprov har benämningen (a) och (b) i 0 och 0. En jämförelse visar inte på någon signifikant skillnad mellan de två provmängderna (a) och (b) inom varje enskilt prov. En något bättre överrensstämmelse för det effektiva värmevärdet i vått respektive torrt tillstånd erhölls dock mellan referensprovet A och proverna med den större provkvantiteten (b), medan den uppmätta svavelhalten överensstämde bättre mellan a- proverna och referensprovet A. Resultaten av denna utvärdering visar att om arbetet utförs enligt metoder som ger en god omblandning (såsom grovmalning och kvartering) av hela provet kan en mindre del av provet användas för vidare storleksreducering och slutlig analys utan att kvalitén på analysresultatet försämras nämnvärt. Enligt beräkningar i den tekniska specifikationen (kapitel 2.4.6) behövs endast en mängd av 0,40 kg för att teorin om partikel- och provreducering skall vara uppfylld. Denna mängden är dock ej tillräcklig för att alla analyser skall kunna utföras på ett tillfredställande sätt varför den beräknade minsta provmängden inte var styrande. 6.2 Hantering av bortplockat material Efter torkning av hela provmängden plockades ej malbara material såsom textil, stor och hårda plastbitar (brännbart), sten och metall (ej brännbart) manuellt bort från provet. Vikt och materialsort noterades. Den absoluta vikten av bortplockat material i varje prov understeg sex kg från provets totalvikt på ca 50 kg. I 0 anges andelen bortplockat material som vikt-% av torrt prov samt fördelningen mellan brännbart och ej brännbart. Provet B2 har en något lägre andel bortsorterat material (8 %) än de övriga proven som ligger runt 15 % i vått material vilket motsvarar ca 10% i torrt material. I proverna C4 - C6 var det svårare att sortera ut material som inte gick att mala då detta hade klibbat fast i annat material. I proverna C4 till C6 har av misstag inte materialen separerats i brännbart och ej brännbart. Istället vägdes allt material in som borttaget. I efterhand gjordes en uppskattning av fördelningen för proven C4 - C6 och det konstaterades att fördelningen troligen var densamma som för prov C3, dvs. 50/50. Den borttagna mängden utgjorde dock en mindre kvantitet av den totala vikten och innebar sannolikt ingen större påverkan på resultaten av de värden som redovisas i laboratorieanalysen nedan. För övriga prov är fördelningen beräknad. 50

53 Andelen brännbart dominerade i vikt över den ej brännbara fraktionen vilket antyder att bortplockningen av material kan orsaka att det faktiska värmevärdet i bränslet underskattas något. Det bör noteras att tyg i avfallet ofta binder fukt vilket skulle minska denna effekt något. Ett eventuellt avvikande uppmätt värmevärde i provet pga det bortplockade material är troligen inte avgörande för noggrannheten på resultatet. Det är dock av stor vikt att mängder och sort av det bortplockade materialet anges och meddelas till beställaren för att en fullständig information om sammansättningen och egenskaperna på avfallet skall erhållas och beställaren därmed ska kunna förstå bränslets påverkan på förbränningsprocessen. 6.3 Betydelse av provtagningsvolym för resultatets kvalité Variationen i fukt, aska, effektivt värmevärde och svavel i de olika stora provtagningsvolymerna B och C jämfört med referensprovet A diskuteras nedan för att undersöka provtagningsvolymens betydelse för kvalitén på resultatet Fukthalt Fukt vikt-% A B1(a+b) B2(a+b) C1(a+b) C2(a+b) C3 C4 C6 Figur 13. Fukthalten i viktprocent för de olika proven. Fukthaltsbestämningen utfördes innan B1 till C2 proverna delades i två delprover a och b. De olika provtagningsvolymerna markeras med olikfärgade staplar. Figure 13. Moisture level in the different samples. The reference sample (50 tones) is presented with a striped bar meanwhile the smaller sample size 16 and 4 tones are shown as read and blue bars respectively. Innan neddelningen utfördes av respektive prov utfördes en fukthaltsbestämning på hela provvolymen och därför redovisas (a) och (b) som ett resultat (0). Variationen i fukthalten mellan de olika proverna, med undantag för prov B1, fluktuerade mellan 29,0 till 36,9 %. En variation som motsvarar en standardavvikelse på 2,6 och absolut varians, variationskoefficient CV, på 8 %, vilket kan anses var relativt liten för ett heterogent avfallsbränsle. 51

54 6.3.2 Aska aska vikt-% A B1a B1b B2a B2b C1a C1b C2a C2b C3 C4 C6 Prov Nr Figur 14. Beräknat medelvärde +/- standardavvikelse för variation i aska hos de olika proverna. Minsta antalet bestämningar bakom varje analys är tre. De olika provtagningsvolymerna markeras med olikfärgade staplar. Figure 14. Amount of ash +/- the standard deviation in each sample. The two horizontal lines represents the measured variation within the reference sample. The reference sample (50 tones) is presented with a striped bar meanwhile the smaller sample size 16 and 4 tones are shown as read and blue bars respectively. Variationen i uppmätt halt aska i de olika proverna visas 0 ovan. Spridningen i det uppmätta resultaten anges för varje prov i grafen medan referensprovets variation tydliggörs med två diagonala streck i figuren. Fyra av proverna (B1b, C1b, C3 och C4) uppvisade ett medelvärde innanför den uppmätta variationen för referensprovet A. Ett beräknat medelvärde av alla B och C prover ger en medelhalt på 21,6 % aska +/- en standardavvikelse på 2,9 vilket motsvarar en CV på 13 %. 52

55 6.3.3 Svavelhalt S vikt-% A B1a B1b B2a B2b C1a C1b C2a C2b C3 C4 C6 Prov Nr Figur 15. Andelen svavel angivet i vikt-% vid inlämnings tillstånd (vått prov) för alla proven. De olika provtagningsvolymerna markeras med olikfärgade staplar. Figure 15. Amount of sulfur +/- the standard deviation in each sample. The horizontal line represents the measured variation within the reference sample. Mängden svavel i de olika proven varierade från 0,14 till 0,40 vikt -% i de olika proverna (0). Svavelhalten är direkt kopplad till innehållet av specifika produkter såsom gips, gummi och läder. Det beräknade medelvärdet av svavelhalten på inlämningstillstånd för alla B och C proverna är 0,22 vikt-% +/- en standardavvikelse på 0,06 vilket motsvarar en CV på 29 %. Den stora variationen mellan proverna visar att mängden svavel är en känslig parameter vilken lätt kan variera mellan olika prover eftersom den är så produktspecifik Effektivt värmevärde Eff. v.v MJ/kg A B1a B1b B2a B2b C1a C1b C2a C2b C3 C4 C6 Figur 16. Effektivt värmevärde i vått prov (inlämningstillstånd) för de olika proverna. De olika provtagningsvolymerna markeras med olikfärgade staplar. Figure 16. Net calorific value in a wet sample +/- the standard deviation in each sample. The two horizontal lines represents the measured variation within the reference sample. The reference sample (50 tones) is presented with a striped bar meanwhile the smaller sample size 16 and 4 tones are shown as read and blue bars respectively. 53

56 För att bestämma det effektiva värmevärdet utfördes ett antal upprepade värmevärdesbestämningar (se 0) i en bombkalorimeter. Den uppmätta spridningen mellan de olika bestämningarna återges för varje prov i 0 ovan. Det effektiva värmevärdet beräknat vid inlämningstillstånd (vått prov) för de olika proverna varierar mellan 8,3 och 11,8 MJ/kg. Variationen påverkas starkt av provets fukthalt (0 och 0). Som tidigare nämnts uppvisar prov B1 ett avvikande resultat i fukthalt jämfört med de andra, en avvikelse som tydligt avspeglar sig i ett lägre effektivt värmevärde. Det beräknade medelvärdet på vått prov för alla B och C proverna är 10,5 MJ/kg +/- en standardavvikelse på 1,1 vilket motsvarar CV på 11 %. För att studera det effektiva värmevärdet hos de olika proverna utan inverkan av variationen i fukthalt redovisas resultaten av det uppmätta effektiva värmevärdet i torrt prov i 0. Eff. v.v. MJ/kg A B1a B1b B2a B2b C1a C1b C2a C2b C3 C4 C6 Figur 17. Effektivt värmevärde i torrt prov för de olika proverna. De olika provtagningsvolymerna markeras med olikfärgade staplar. Figure 17. Net calorific value in a dry sample +/- the standard deviation in each sample. The two horizontal lines represents the measured variation within the reference sample. The reference sample (50 tones) is presented with a striped bar meanwhile the smaller sample size 16 and 4 tones are shown as read and blue bars respectively. I 0 kan det noteras att endast tre (C1a, C1b och C4) av de 11 proverna hade någon del av sin högsta eller lägst standardavvikelse utanför den uppmätta spridningen för A-provet. Ett medelvärde av alla B och C proverna resulterar i ett värde på 17,32 MJ/kg +/- en standardavvikelse på 0,47, vilket motsvarar en CV på endast 3 %. Den goda överensstämmelsen mellan alla prover när det effektiva värmevärdet anges på torrt prov indikerar att metoderna för neddelning och analys på laboratoriet inte har påverkat resultatet nämnvärt samt att variationen av andra parametrar som påverkar det effektiva värmevärdet, såsom kolinnehållet, är relativt konstant bland de 11 proverna. 54

57 6.3.5 Syntes För att åskådliggöra eventuella skillnader och likheter mellan B- och C-proverna relativt referensprovet utvärderas resultaten från det uppmätta effektiva värmevärdet och svavelhalten genom normalisering i 0 och gruppering enligt 0 nedan. Den kompletta datamatrisen utvärderades och kvalitetssäkrades också med principalkomponentanalys (PCA) Eff. V.v/torrt Eff. V.v/vått prov S vått prov A B1a B1b B2a B2b C1a C1b C2a C2b C3 C4 C6 Figur 18. Normalisering av det uppmätta effektiva värmevärdet och svavelhalten i alla prover mot referensprovet A. Data redovisas både för torrt och vått prov för det effektiva värmevärdet. Referensprovet A är markerat med en randig stapel, medan proverna från B- och C-omgångarna är markerade med en röd respektive en blå färgskala. En skillnad på 10% från A provet representeras av de två diagonala linjerna. Figure 18. Normalization of the net calorific value and sulfur content of all B- and C-samples towards the reference sample A. The sulfur level is presented for wet sample meanwhile the net calorific value are presented both for dry and wet samples. I 0 redovisas referensprovet A som värdet 1 och övriga prover som kvoten mellan aktuellt värde och referensprovets A värde. De två olika provstorlekarna, B och C, är märkta med röd- respektive blånyanserade staplar. Två diagonala linjer, placerade 5 %-enheter ovan och under referensvärdet markerar en avvikelse på 10 % från referensprovet. Alla B- och C-proverna uppvisar ett uppmätt effektivt värmevärde i vått prov som i stort sett ligger inom den 10 % felmarginalen från referensprovet med undantag för prov B1 (0). Vid en jämförelse av hur väl svavelhalten i vått prov återspeglas i de två mindre provkvantiteterna B och C visade det sig att ingen av proverna låg inom 10% felmarginalen. Detta visar att svavel är en mycket känslig parameter för provtagningen eftersom den är direkt kopplad till några enstaka produktflöden i avfallsströmmen. Bestämning av värmevärdet är däremot en betydligt trubbigare parameter eftersom den till större delen är beroende av mängden kol vilket återfinns i majoriteten av produkterna i avfallet. 55

58 Tabell 10. Variansen i det uppmätta effektiva värmevärdet och svavelhalten hos de olika provstorlekarna samt vid de två olika provtagningstillfällena. Alla data är redovisade för vått prov. Table 10. The variance of the net calorificvalue and sulfur content within the different samples investigated as well as the two different sampling occasions. Effektivt värmevärdet (MJ/kg) Svavel (vikt-%) Prov Medel ± Std.av. CV (%) Medel ± Std.av. CV (%) A1-A2 10,50 0,91 9 0,24 0,03 14 B1-B2 9,53 1, ,22 0,03 15 C1-C2 11,12 0,83 8 0,19 0,06 30 C3-C6 11,12 0,33 3 0,28 0,10 36 Medelvärdet och variansen samt den absoluta variansen CV mellan de olika provstorlekarna beräknades för att jämföra deras precision (0). För att få en uppfattning om variationen hos ett stort referensprov användes resultaten från B- och C-proverna tagna under den första provtagningskampanjen som ett samlingsprov för att generera ytterligare ett stort prov från denna dag. Den summerade vikten av alla B- och C-prover tillsammans resulterar i ett samlingsprov, A2, med en total vikt på 40 ton. Vid en jämförelse av gruppernas medelvärde och spridning med referensprovet tydliggörs det att alla gruppernas resultat återfinns inom variationen. De mindre fyra tons proverna återspeglar till och med referensprovets effektiva värmevärdet bättre än de något större B-proven, medan situationen är tvärtom för svavelbestämningen. Den kompletta datamatrisen utvärderades med PCA. Resultatet från utvärderingen beskrivs utförligt i Bilaga B. PCA användes i detta projekt som ett verktyg för att studera om det olika provkvantiteterna resulterade i några signifikanta skillnader i resultat. PCA utvärderingen visade tydliga att det inte återfinns några signifikant skillnader i variation och resultat mellan de olika provstorlekarna. Slutsatsen från alla tre redovisade utvärderingar visar att det inte finns någon tydlig kvalitetsförbättring med ökad provvolym utan att de mindre fyra tons proverna baserade på endast två delprover ger upphov till ett lika representativt resultat som större och mera komplicerade provtagningar innehållande flera delprover. 6.4 Plockanalysen Resultatet från plockanalysen av två delprov från proverna C3 och C4, visar på relativt lika sammansättning (0), vilket också visar på att det är möjligt att ta representativa delprover med den befintliga gripklon. Den dominerande fraktionen i båda delproven är Hushållssopor, Papper och Kartong samt Bioavfall, därefter kommer Plast och Trä. Det som skiljer delproven från varandra är att mängden hushållssopor är något lägre i C4 samtidigt som mängden papper och kartong är något högre (0). Dessa två skillnader ger tillsammans upphov till de procentuella skillnaderna som kan noteras i 0 under. Mängden glas, metall samt farligt avfall och elektronik som upphittades i proverna var relativt låga. Detta är glädjande eftersom det kan betyda att utsorteringen som gjorts av användarna innan avfallet 56

59 lämnats till förbränning har lyckats. En annan förklaring är att dessa fraktioner kan återfinnas inom fraktionen hushållssopor eftersom dessa påsar inte öppnades i samband med denna plockanalys utan de i sin helhet klassades som hushållssopor. Procent C3 C4 Hushållssopor Bioavfall Papper & kartong Plast Glas Metall Trä Tyg Farligt avfall & elektronik Övrigt (ej papper) Figur 19. Procentuell fördelning mellan de olika fraktionerna i de två proverna. Den övriga fraktionen innehåller stora partiklar såsom bildäck, madrasser etc. Figure 19. The distribution between the different waste categories studied in the sorting analysis. 6.5 Utvärdering av använda metoder I följande kapitel utvärderas använda metoder för provtagning, neddelning, beredning på laboratoriet. Eftersom uttagen av delproven inte gjordes efter reglerna för sannolikhetsbaserad metod kan en rättvis statistisk utvärdering egentligen inte utföras då alla partiklar inte hade samma sannolikhet att ingå i provet. Detta till trots har statistisk analys ändå utförts på de erhållna resultaten för att ge en indikation om provtagningens precision Olika moments betydelse för det totala felet. Felkällorna vid provtagning och beredning av fasta relativt homogena bränslen uppskattas i litteraturen motsvara 80 % respektive 15 % av det totala felet, medan analysen endast uppskattas stå för 5 % av det totala felet. I detta arbete har felkällorna fördelas i tre steg vilka beskrivs i detalj 0. 57

60 Prov (a) vikten av 50 kg provet Prov 1 Prov 2 Prov 3 A n a l y s Avfalls bunker Prov 4 ton Prov 50 kg Prov (b) vikten av 50 kg provet Prov 1 Prov 2 Prov 3 A n a l y s Steg 1 Steg 2 Steg 3 Figur 20. Uppdelning av felkällor från provtagning till analys i tre steg. De olika stegen innehåller följande Steg 1: Provtagning, neddelning och uttag av laboratorieprov vid anläggningen, Steg 2) Partikelreducering och neddelning i laboratoriet samt Steg 3) Uttag av 1 gram prov för analys och analysfel Figure 20. Separation of total error occurring in the process from sampling to the final analytical step. Three steps where defined. Step 1: Sampling, division of the sample and collection of a laboratory sample. Step 2: Particle size reduction and division of the laboratory sample in the laboratory. Step 3: Collection of 1 gram of sample to conduct the elemental analysis. Felkällornas storlek för de olika stegen beräknades därefter genom variansanalys (ANOVA 14 ) vilket syftar till att jämföra variansen inom och mellan de olika grupperna (stegen) och därigenom beräknas felkällans storlek i förhållande till den totala variansen (felet). Samma metod och provpopulation har används för alla prover tagna vid den första provtagningskampanjen. Det enda som skiljer proverna från varandra är antalet delprov. De mindre proven har därför samma sannolikhet att ge upphov till samma resultat som referensprovet A men med en större spridning. Med detta resonemang som bakgrund antas bias vara noll vid denna beräkning. 14 ANOVA: Analys of variance beräknar skillnaden i varians mellan olika grupper av data. Både en inom-grupp-skillnad och en mellan-grupp-skillnad beräknas och jämförs med varandra. 58

61 1% 1% 5% 0% Steg 1 Steg 2 Steg 3 98% Steg 1 Steg 2 Steg 3 95% a) b) Figur 21 Procentuell andel för felkällor mellan provtagning, neddelning på laboratoriet och analys av det totala uppmätta felet på det effektiva värmevärdet (a) och mängden svavel (b) i vått prov. Figure 21. Results from the ANOVA evaluation. Distribution of the total error between the three defined steps. Results representing net calorific value a) and sulfur b) is presented in the graph. Beräkningen visar att felkällan i steg 1 är den totalt dominerande felkällan både för det effektiva värmevärdet och för svavel uppmätt vid inlämningstillstånd. Variansanalysen visar tydligt att det är i samband med provtagning och neddelning till laboratorieprov som största delen av felet i resultatet härstammar från. Exakt noggrannhet på laboratoriet har en betydligt mindre inverkan på provresultatet. Korrekt provtagning och neddelning är således av stor vikt för att uppnå en god repeterbarhet mellan proven och en hög kvalité på resultaten Beredning och analys på laboratoriet På laboratoriet storleksreducerades och neddelades proven i fler steg. Resultaten visade att neddelningen av provet kan förenklas eftersom ingen signifikant skillnad uppmättes mellan a- och b-proven. Proven neddelades med hjälp av koning och kvarteringsmetoden vilket är en enkel metod men som enligt teorin innebär en något högre felkälla jämfört med andra metoder. Om ett malt prov används vid koning och kvartering visar resultaten från detta arbete att det är en metod som ger ett resultat med en godkänd kvalité. Värmevärdet i ett prov bestäms med hjälp av en bomkalorimeter. Bakom varje prov ligger minst tre bestämningar ibland så många som sex stycken (0). Den uppmätta variansen relaterad till analysfel beräknades i ANOVA motsvara knappa 0,2 MJ/kg om två upprepade bestämningar gjordes. En varians/noggrannhet som inte nämnvärt påverkar ett slutresultat i storleken av MJ/kg. Sammanfattningsvis visar denna analys att neddelningsmetoden på laboratoriet kan förenklas och att två bestämningar per analys räcker för att ett resultat med god kvalité ska erhållas. 59

62 6.5.3 Repeterbarhet För att undersöka repeterbarheten hos den valda provplanen i den första provtagningskampanjen utfördes en mindre provtagning enligt samma metodik. Resultatet från proverna (C3-C6) från denna kampanj visar på god överensstämmelse, med tanke på att heterogenta avfall har studeras, med både referensprovet A och de tidigare B och C proverna (0). Vidare uppvisar proverna från andra provtagningen påtagligt lika fukthalt som proverna från första provtagningen. Den enda parameter som skiljer sig mellan de två provtagningarna är att mängden aska är något högre vid andra provtagningen (0och 0). Den plockanalys som utfördes på två stycken delprov visar på relativt lika sammansättningar. Detta indikerar också att det är möjligt att ta representativa prov från bunkern med hjälp av den befintlig gripklo. PCA utvärderingen av datamatrisen (Bilaga B) visar också tydligt att proven från andra provtagningen statistiskt kan likställas med resultaten från den första provtagningsomgången. Sammanfattningsvis visar detta på en god repeterbarhet hos den använda metoden samt att avfallets sammansättning inte har ändrat sig avsevärt under de fyra månaderna mellan provtagningarna. En förenklad praktisk och pålitlig metod för provtagning av heterogent avfall har därmed framtagits. 60

63 7 Slutsatser Detta arbete har visat att det är möjligt att förenkla såväl föreslagna standardmetoder för provtagning av bränsle vid anläggningen som upparbetningsmetoder på laboratoriet betydligt utan att kvalitén på resultatet försämras. Mervärdet i form av högre kvalité på data från en provtagningsmässigt mer korrekt metod står inte i jämförelse med de mycket högre kostnaderna som en sådan metod och arbetsinsats kräver. När det gäller avfall så kan tillräckligt goda resultat erhållas med betydligt enklare arbetsmetoder. Följande frågeställningar har besvarats inom arbetet: Hur kan befintliga teoretiska metoder praktiskt tillämpas på provtagning av fasta heterogena avfallsbränslen? Ingen av de metoder som beskrivs i arbetet har följts exakt när provtagningen utfördes eftersom ingen av dem är gällande för heterogena fast avfallsbränslen. Emellertid användes metodernas rekommenderade planeringssteg, vilka är grundade på P. Gy s Theory of Sampling (TOS), som referens för hur en provtagning ska utföras. Provtagning från bunker utfördes med befintlig gripklo. Metoden visade sig genom upprepade kemiska analyser samt plockanalys ge ett reproducerbart och representativt resultat. Det är dock av stor vikt att traversföraren har god kännedom om avfallets sammansättning i bunkern samt provtagningens syfte för att representativa delprov ska erhållas. En förenklad neddelningsmetod, s.k. halveringsmetod, användes med gott resultat för att neddela de initiala stora provkvantiteterna. Denna metod innebär att mängden avfall systematiskt minskas till hälften vid varje neddelning. När provet var neddelat till ca ett halvt ton utfördes uttag av laboratorieprov enligt kakmetoden beskriven i standardmetoderna. Kännedom om avfallet och syftet med provtagning hos den som utför neddelningen är av stor betydelse för att goda resultat skall uppnås. Tre provkvantiteter, ca 50, 16 och 4 ton, undersöktes metodiskt enligt den upprättade provtagningsplanen. Den minsta provkvantiteten, innehållande endast två delprover, uppvisade resultat och precision som var likvärdig med de större proverna bestående av 24 respektive 8 delprover. En ökad noggrannhet vid provtagningen kan uppnås om storleken på laboratorieprovet bestäms av volymen eftersom denna inte väsentligt påverkas av variationer i provets fukthalt. Provtagningen förenklas också genom att momentet vägning utgår, samt att provets volym är den begränsade faktorn i det efterföljande steget, torkning, i laboratoriet. En förenkling av provtagningsmetoden enligt de arbetsmetoder som föreslås inom detta arbete genererar reproducerbara och representativa provtagningsresultat av god kvalité till en lägre kostnad för anläggningsägaren. En lägre kostnad resulterar i effektivare utnyttjande av resurser för anläggningsägaren och kan också 61

64 resultera i en frekventare provtagning vilket ger en bättre kunskap och möjlighet att kontrollera och optimera det avfallet som går in i processen. Hur kan arbetsmetoden på laboratoriet förenklas med bibehållen hög kvalité på resultatet? Ingen betydande skillnad i kvalitén på resultaten noterades mellan laboratorieprovstorlekarna 30 och 50 kg. Det är dock av stor vikt att varje laboratorieprov innehåller ett stort antal delprov och att dessa tas representativt från hela provkvantiteten. Det är viktigt att mängd och sort av det bortplockade materialet anges för att beställaren skall få fullständig information om sammansättningen och egenskaperna på avfallet och därmed kunna förstå dess påverkan på förbränningsprocessen. En variansanalys av resultaten från de olika proverna visar att mindre än 5% av spridningen och precisionen i provresultaten är relaterade till arbetsmoment på laboratoriet såsom provberedning och analys. Majoriteten av felkällorna uppstår vid provtagning och neddelning på anläggningen. Som ett resultat från detta arbete rekommenderas följande två förenklingar på laboratoriet: o Upparbetningsmetoden kan förenklas betydligt genom att provet successivt neddelas efter varje partikelstorleksreducering i enlighet med den princip för partikel- och provreducering som beskrivs i CEN/TS Endast en fjärdedel av provet eller mindre, behöver inkluderas i vidare provbearbetning. o Antalet upprepningar för varje analysmoment kan reduceras till två, Dessa förändringar i arbetsmetoden på laboratoriet minskar arbetsinsatsen avsevärt utan att kvalitén på resultatet påverkas negativt. Arbetsbeskrivningar gällande för de föreslagna förenklade metoderna för provtagning och laboratoriearbete återfinns i Bilaga C och D. 62

65 8 Rekommendationer och användning Resultatet från detta arbete visar tydligt att det är möjligt att förenkla arbetsmetoden både i samband med provtagning och på laboratoriet. En förenkling som har en tydlig effekt på reducerade kostnader. Genom att arbeta enligt de föreslagna förenklade metoderna spar anläggningarna mycket extra arbete för egen och inhyrd personal eftersom denna metod endast kräver en halvdagsarbete jämfört med en mera komplicerad provtagning som kräver dagar. Mervärdet av en provtagningsmässigt mer korrekt metod står inte i jämförelse med de mycket högre kostnaderna som denna metod kräver. Lägre provtagnings- och analyskostnader kan exempelvis medföra att flera prover eller analyser kan utföras till en oförändrad kostand. Utökad provtagning hos anläggningarna kommer att öka deras kunskap om avfallets innehåll och därmed öka deras möjligheter att påverka och optimera sammansättningen på det avfall som används. En jämnare kvalité och sammansättning på avfallet har positiva effekter på hur anläggningens tillgänglighet. Det finns stora pengar för en anläggningsägare att tjäna genom ökad kontroll och därmed förbättrad bränslekvalité. Många processtörningar hos dagens avfallsanläggningar är på ett eller annat sätt relaterat till bränslet, antigen genom störningar i inmatningssystemet, eller exempelvis onödigt höga additivtillsatser och onödigt slitage. Behovet, planering och utförandet av mottagningskontroll för inkommande avfall till förbränningsanläggningar har tidigare sammanställts och redovisats i ett rapport från Avfall Sverige [2] Förslag till förenklad arbetsmetod återfinns i Bilaga C och D. 63

66 9 Litteraturreferenser 1. Naturvårdsverket, Kvalitet hos avfall som förs till förbränning, Avfall Sverige, Mottagningskrav och kontroll av inkommande avfall till förbränningsanläggningar, 2004:17 3. EPA, RCRA Waste Sampling Draft Technical Guidance Planning, Implementation and Assessment, Gy, P. Sampling of Particulate Materials: Theory and Practice. 2 nd ed. New York: Elsevier, Avfall Sverige utveckling 2005:19, Manual för plockanalys av hushållsavfall i kärl och säckar, Pitard F.F. Pierre Gy s Sampling Theory and Sampling Practice: Heterogeneity, Sampling Correctness, and Statistical Process Control. 2 nd ed. Boca Raton, FL: CRC Press LLC, Avfall Sverige, Manual för provtagning av homogent avfall för provning av halten organiskt kol (TOC) 8. SS-EN 14899:2005, Characterisation of waste Sampling of waste materials Framework for the preparation and application of a Sampling Plan, prcen/ TR , Characterization of waste Sampling or waste materials Part1: Guidance on selection and application of criteria for sampling under various conditions, Nordtest method, NT Envir 004, Solid waste, particulate materials: 11 Utvärdering av mekanisk och manuell provtagning av biobränslen vid energiverk. Värmeforsk rapport 574, juni CEN/ TS 15442, Solid recovered fuels Methods for sampling, CEN/ TS 15443, Solid recovered fuels Methods for laboratory sample preparation,

67 Bilaga A Detaljerad beskrivning av neddelning de tre provstorlekarna. Prov A: Med anledning av den stora mängden (46 ton ca 200 m3) behandlades A-provet inledningsvis som två delprover. Varje delprov av A utgjordes av tre containrar vardera med malt avfall på dryga 20 ton. Första delprovets tre containrars innehåll tömdes på golvet i tipphallen i tre strängar. Innehållet i de tre strängarna fördelades därefter jämnt i en kvadrat (ca 10*10*0,5 m ) varefter provet delades ned till hälften. Neddelningen utfördes tre gånger tills en mängd på ca tre ton kvarstod. Vid varje neddelning blandades den kvarvarande mängden avfall och spreds ut på en yta ca 10*10 meter. Samma procedur utfördes för den andra halvan av A-provet som innehöll ytterligare dryga 20 ton avfall. De två högar som erhållits från neddelningen av delproven blandades därpå ihop för att tillsammans utgöra ett nytt A-prov. Det nya A-provet bestod av en kvantitet på sex ton vilket neddelades ytterligare fyra gånger (0). Den kvarvarande mängden, ca 500 kg, fördelades därefter på en yta av ca 6*6 meter. Avfallet fördelades jämnt i ett tunt lager för att möjliggöra provtagning med spade. Den slutgiltiga vikten på 52 kg fördelades sedermera i två tjocka täta sopsäckar innan det skickades till laboratoriet. Prov B1, B2: Två upprepningar av B-provet utfördes, B1 och B2, på vardera 15 ton. Respektive prov var uppdelat i två containrar som innehöll ca 7,5 ton vardera. Samma metod för neddelning användes för B-proven som för A-provet med skillnaden att dessa prov inte behövde behandlas som två delprov. Mängden jämnades ut till en kvadrat som därefter neddelades i 5 steg till en slutvolym av ca 500 kg (0). Till laboratoriet skickades 49 kg respektive 50 kg. B1-provet skickades i 10 l plasthinkar med tättslutande lock medan B2-provet förvarades i 2 tjocka sopsäckar. Prov C1 - C6: Varje C-prov utgjordes av ca 4 ton och tog var sin container i anspråk. Samma neddelningsmetod användes för C-proven som för A-provet med skillnaden att dessa prov inte behövde behandlas som två delprov. Mängden jämnades ut till en kvadrat som därefter neddelades i 3 steg till en slutvolym av ca 500 kg (0). Till laboratoriet skickades prov med följande vikter: C1 = 46 kg, C2 = 47 kg, C3 = 31,3 kg, C4 = 33,6 kg, C5 = 13,3 kg, C6 = 24,4 kg. Prov C1, C2, C5 och C6 skickades till laboratoriet i 10 l plasthinkar med tättslutande lock medan C3 och C4 förvarades i två tjocka täta plastpåsar. 65

68 Bilaga B Principalkomponentanalys (PCA) För att kvalitetssäkra datamängden genererad inom detta projekt analyserades datamängden mha verktyget PCA. B.1 Metod Idag är det väldigt normal att vi inom projekt genererar stora datamatriser eftersom det är relativt lätt att mäta och logga många signaler samtidigt och att det sker med täta mätintervaller. Principalkomponentanalys (PCA) är ett sätt att komprimera dessa komplexa och stora datamatriser. PCA är kraftfullt tack vare att den söker dolda och synliga mekanismer i datamatrisen och graderar dessa efter betydelse för förklaringsgraden av relationerna inom datamatrisen. På så sätt kan man reducera data från många ingående variabler till ett fåtal nya variabler, principalkomponenter (pc) med vars hjälp man kan återskapa informationen i datamatrisen utan att förlora information. Den första pc:n beskriver den största variationen i datamaterialet, den andra pc:n näst största osv. Tack vare denna kompression av datamängden blir det möjligt att överblicka en komplex datamatris som innehåller många variabler. PCA ska därför ses ett verktyg som hjälper dig att få en överblick av datamatris. PCA hjälper dig att: kvalitetsgranska och undersöka datamatrisen (data screening) genom att hitta avvikare eller andra fel i matrisen hitta kluster och grupperingar av objekt (experiment) pga likheter och olikheter i mätta variabler (signaler och mätdata) En PCA utvärdering generera två typer av bilder, sk scoreplot och loadingplot, som måste analysers tillsammans för att hela informationsmängden skall återspeglas. Scoreplotten visar en överblick av hur alla observationer (experiment/driftsdygn) förhåller sig till varandra. Den tillhörande loadingplotten visar vilka variabler (mätdata) som orsakar att observationer placerar sig där de gör i scoreplotten. Loadingplotten förklara vilka variabler som är lika för en grupp med observationer samt också vilka variabler som skiljer grupper eller observationer från varandra. Variabler nära varandra i Loadingplotten samvarierar, medan variabler placerade motsatt till varandra i plotten har en negativ korrelation. Variabler placerade långt från origo i Loadingplotten har stor betydelse för observationerna (experiment/driftsdygn) grupperingar och placeringar. Variablers placering längs den första komponenten (vågrätt) har större betydelse än parameterar placerade långt från origo i den andra vinkelräta komponenten. 66

69 Utförligare information om PCA finns beskrivet i många vetenskapliga tidskrifter. En populär beskrivning på svenska utan matematiska begrepp återfinns på följande länk För en mera fyllig beskrivning av PCA rekommenderas böcker av b la Umetrics exempelvis; Multi- and Megavariate Data Analysis Part I: Basic Principles and Applications, Second revised and enlarged edition ISBN-10: (ISBN-13: ) B.2 Resultat Grupperingar av de 12 olika avfallsproven (A till C6) visas i Scoreplotten (0) och orsaken till grupperingarna, dvs vilka variabler (mätdata) som är lika respektive skiljer de olika mätdygnen åt redovisas i den tillhörande Loadingplotten (0). Scoreplotten visar att det inte finns någon separation i den första (vågräta) komponenten utan den enda spridningen som finns mellan de olika proverna återfinns i den andra (lodräta) komponenten. Mer än 90% av förklaringsgraden återfinns i den första komponenten i denna analys, dvs den andra komponenten är mycket svag när det gäller att förklara skillnader mellan proven. Variabler nära varandra i Loadingplotten samvarierar, medan variabler placerade långtbort och motsatt från varandra i plotten har en negativ korrelation. I vårt fall betyder det att orsaken till att B1 proverna så tydligt skiljer sig från de andra proverna är att de innehåller en högre andel fukt. Parametern fukt är placerade längst upp i Loadingplotten. Parametern Kol skiljer sig också något från de andra. Detta orsakas av att proverna C2a och C2b innehåller något högre halter av kol jämfört med de andra proverna (0). Någon annan tydlig statistisk skillnad finns inte ibland de olika proverna. Slutsatsen från PCA utvärderingen är att de olika bränsleprovtagningarna, oberoende av provkvantitet, har givit samma resultat. Den ända statiskt märkbara skillnaden som finns i provmatrisen är den högre fukthalten i prov B1. Eftersom proverna C3-C6 inte avskiljer sig som egen grupp visar utvärderingen att den upprepade provtagningen vid det andra provtagningstillfället har givit statistiskt lika resultat, dvs den använda metoden ger reproducerbara resultat. 67

70 B1b B1a p[2] C4 B2b B2a C1b C1a A C6 C3 C2a C2b p[1] Figur 22. Scoreplot med de två signifikanta komponenterna från PCA utvärdering av de 12 olika bränsleproverna. Proverna är beskrivna med sina tidigare använda provnamn. Ingen skillnad återfinns i den första mest styrande (vågräta) komponenten och endast en mindre skillnad mellan de olika proverna återfinns i den andra komponenten. Förklarings- och prediktionsgraden för modellen är R2=0,98 Q2=0,93 Figure 22. Score plot of the first two significant principal components valid for the 12 different waste samples. No significant difference between the 12 samples is presented since all the samples are placed very close together in the first component in the plot. The evaluation results in an R2=0,98 Q2=0,93 1 Fukt t[2] 0 Kväve Svavel Väte Eff. V.v Kal V.v Aska -1 Kol t[1] Figur 23. Loadingplog med de två signifikanta komponenterna från PCA utvärdering av de 12 olika bränsleproverna. Den uppmätta variationen inom parametrarna, Kväve, Svavel, Väte, Kol, Aska samt kalorimetriskt- och effektivtvärmevärde, och deras relationer till varandra (skillnader och likheter i variation) förklaras med deras relativa placering i figuren. Förklarings- och prediktionsgraden för modellen är R2=0,98 Q2=0,93 Figure 23. Loading plot from the PCA evaluation of the 12 different waste samples. The correlation between the different parameter, Nitrogen, sulfur, hydrogen, carbon, ash and heating value is described by there location in the plot. 68

71 Bilaga C Arbetsmetod för provtagning och neddelning av heterogena fasta avfallsbränslen C.1 Före provtagning Följande punkter är viktiga att tänka på: Vad vill ni få ut av provtagningen elementarsammansättning (kemisk analys) eller produktoch fraktionssammansättning (plockanalys)? Ska provtagningen utföras på vecko-, månads- eller årsbasis? Finns det möjlighet att storleksreducera provet innan neddelning och vidare analys? En sönderdelning av materialet leder till en bättre omblandning och dessutom underlättats neddelningen och uttaget av laboratorieprov om avfallet utgörs av mindre beståndsdelar. Kartlägg era personella resurser samt redskap som finns tillgängliga Upprätta ett provtagningsplan som anger delprovstorlek, total provstorlek, provtagningsschema, provtagningsmetoder och neddelningsmetoder. Provtagningen från avfallsbunkern kan utföras med befintlig travers. Minsta delprovstorleken motsvara halva traversens lastningskapacitet. Den minsta total provkvantiteten är fyra ton och måste bestå av minst två delprov För att ett representativt provmaterial ska erhållas med ett lågt antal delprov krävs det att provtagaren/na har stor erfarenhet och kunskap om avfallsbränslet som finns i bunken, dvs. hur en normal sammansättning är så att representativa delprovsuttag sker. En god omblandning av avfallet innan provtagning påbörjas ger delprover med högre representativitet för hela avfallsbunkern. Informera noga alla parter som kommer att delta i provtagningen om dess syfte och om alla moment som provtagningen innehåller. Det är viktigt att alla har samma information och att alla vet var i kedjan de verkar och varför. Informera alla berörda parter att en provtagning utförs för att minimera risken för ofrivilligt sabotage. En god kännedom om avfallets normala sammansättning och provtagningens syfte hos alla inblandade har stor betydelse för kvalitén på resultaten. Städa golvet i provtagningshallen för att minska kontaminering av provet. 69

72 SYFTE F ÖRUTS ÄTTNINGAR PROVPLAN F ÖRBEREDELSER PROVTAGNING EFTERARBETE Vilka resultat? Vilket tids perspektiv? Kvarn? Redskap? Resurser? Storlek p å samlings -, del - & laboratorie - prov Provtagnings - & neddelnings - metoder Kommunikation Städa Infrastrukturs - planering Noggrannhet! Se detaljer i beskrivningen Skicka prover till analys Städa Figur 24. Flödesschema över viktiga hållpunkter innan en provtagning av heterogent avfall initieras. C.2 Under och efter provtagning En av de största svårigheterna när det gäller provtagning av heterogena fasta avfallsbränslen är göra en rimlig kompromiss mellan ökade provtagningskostnader och minimering av risken för provtagningsfel och därmed ej representativa resultat. Avfall Population Analysresultaten som är gjort på några gram återspeglar avfallsbunken på tals ton? Prov från bunken på några ton Prov på ett tiotal kilo som skickas till laboratoriet efter neddelning i fält 1 gram används till analys Figur 25. Några gram används i laboratoriet av det ursprungliga provet på flera ton för att bestämma en kvantitet på 1000-tals ton i bunkern [3]. Följande punkter är viktiga att tänka på: 1. Korrekt och noggrant uttag av delprover från bunkern och efterföljande neddelning av provet har den enskilt största påverkan på kvalitén på provtagningsresultatet. 2. Utför provtagningen enligt provtagningsplanen 3. Storleksreducera och omblanda hela provmängden i en kvarn 70

73 4. Om det inte finns tillgång till en kvarn, försök uppnå en god omblandning med tillgängliga hjälpmedel. 5. Sprid ut provet i en kvadrat med en jämn höjd över hela kvadraten (ca 10x10 m) 6. Provet neddelas enligt halveringsmetoden till dessa att kvadraten endast innehåller ett tunt lager av avfall, ca cm. Enligt halveringsmetoden reduceras storleken på kvadraten till hälften vid varje neddelning. Mellan varje neddelning sprids den kvarvarande provmängden ut till den ursprungliga storleken på kvadraten (ca10x10m). För att minska det systematiska felet neddelas kvadraten från olika sidor varje gång. Bort Bort a) Volym X b) Volym X/2 c) Volym X/2 d) Volym X/4 Figur 26. Metodiken bakom metoden halveringsprincipen. Hela provmängden fördelas jämnt på en ren yta. Därefter reduceras ytan till hälften (a). Den reducerade provmängden fördelas och blandas därefter ut jämnt tills samma yta har återskapats (b). Den halverade mängde reduceras ytterligare men denna gången från andra sidan (c). En fjärdedel av det kvarvarande provet fördelas därefter ut jämnt tills samma yta har återskapats (d). 7. När endast ett tunt lager kvarstår kan uttag av laboratorieprov påbörjas. Ett tunt lager möjliggör provtagning med spade. Ett rutsystem innehållande minst 20 rutor märks upp på kvadraten. Figur 27. Principen bakom neddelning enligt kakmetoden. Provet fördelas jämt på ett rent underlag. Därefter markeras minst 20 kvadrater jämt över hela provmängden. Ett delprov från varje kvadrat tas med en skyffel eller liknande. Det är av stor vikt att delprovet innehåller representativa mängder av små och stora partiklar. 8. Uttag av laboratorieprov sker därefter enligt kakmetoden, dvs ett delprov från varje kvadrat insamlas. Var noga med att representativt prov map små och stora partiklar i avfallet pro- 71