Hantering av arsenikförorenad jord: riskminskning genom jordstabilisering Jurate Kumpiene Avfallsteknik, LTU juku@ltu.se
Arsenik prioriterad förorening Arsenikförorenade områden - vanliga i Sverige Lösning ta bort genom bortschaktning och deponering --> Kostnad: ~880 M SEK
Jordbehandling för att minska risker för människans hälsa och miljön När uppstår risker? Naturvårdsverket: En risk föreligger när förorening från en källa (jord, grundvatten, sediment, byggnader och anläggningar) frigörs och via olika transportvägar sprids och exponerar skyddsobjekt (människa, miljö, naturresurser) så att en negativ effekt kan uppstå.
Om risker finns Ta bort (förstöra) Separation via jordtvätt: Ta bort små partiklar där föroreningar anrikas Rena vatten Stabilisera slammet Binda fast Fastläggning av föroreningar: Blanda med cement Blanda med tillsatser som kemiskt binder föroreningar Syftet: att minska spridning av föroreningar till grundvatten, upptag av växter och direkt exponering för levande organismer
Fastläggning
Arsenik i jord att förstå fastläggningsmekanismer 100% 80% 60% As bunden till svagt kristallina Fe (oxyhydro)oxider 40% 20% As bunden till kristallina Fe oxider 0%
As-komplex på Fe-oxidytor bidentat mononukleär bidentat binukleär monodentat Tillsatser att minska As rörlighet och toxicitet Järn hematit götit ferrihydrit Carabante, 2009
Potentiella problem: syrefri miljö i en deponi reduktiv upplösning av Fe oxider frigörande av bunden As 35 30 Aerobic Syrerik miljö conditions Anaerobic Syrefattig miljö conditions mg (kg dw) -1 25 20 15 10 5 0 As Fe Mn
Stabilisering av As i jord Landfilling t. ex. användning i deponisluttäckning
Vegetation : > 0.25 m Utilisation as a construction Skyddsskikt: 1.5 m material, e.g. in landfill covers Dräneringsskikt 0.3 m Barriär (tätskikt) : 0.5-1.0 m (k < 10-9 m/s) Permeabel skikt: 0.3 m
Stabiliserad jord för skyddsskikt av deponisluttäckning As = 254 ± 17 mg/kg ph = 6
Arsenik i jordporvatten år 1 100 10 45 cm 95 cm 195 cm Drinking Gränsvärdet water för As limiti dricksvatten As, mg/l 1 0.1 0.01 0.001 veckor week 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 Obehandlad +Feº +Feº+Gips +Feº+FA +Feº+Torv Feº+Slam jord Soil Soil+Fe Soil+Fe+Gypsum Soil+Fe+FA Soil+Fe+Peat Soil+Fe+Sludge
Arsenik i jordporvatten år 3 As, mg/l 10 1 0.1 Top 45 cm Middle 95 cm Bottom 195 cm 0.01 Gränsvärdet för As i dricksvatten 0.001 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 Obehandlad +Feº +Feº+Gips +Feº+FA +Feº+Torv Feº+Slam jord S2 Iron S1 Untreated S3 Iron & gypsum S4 Iron & fly ash S5 Iron & peat S6 Iron & sludge
Utveckling av redoxgradient 350 I sampling II sampling III sampling IV sampling V sampling VI sampling 300 250 Eh (mv) 200 150 100 50 0 Obehandlad +Feº +Feº+Gips +Feº+FA +Feº+Torv Feº+Slam Jord top middle bottom top middle bottom top middle bottom top middle bottom top middle bottom top middle bottom Untreated iron iron & gypsum iron & fly ash iron & peat iron & sludge
3 år senare: På ytan Obehandlad +Feº +Feº+Gips +Feº+FA +Feº+Slam +Feº+Torv Jord På 1.5 m djup Obehandlad +Feº +Feº+Gips +Feº+FA +Feº+Slam +Feº+Torv Jord
Hur djupt kan vi gå? unamended Obehandlad +Feº+FA +Feº +Feº+Slam +Feº+Gips +Feº+Torv jord soil +Fe+FA +Fe +Sludge +Gypsum +Peat 0.5 m 2 m
800 t förorenad jord 137 ± 40 mg/kg As Växt- och Skyddsskikt: Arsenikförorenad jord Växt- och Skyddsskikt: Kemiskt stabiliserad arsenikförorenad jord (järnoxider+torv) Växt- och Skyddsskikt: Kemiskt stabiliserad arsenikförorenad jord (järnoxider) Deponerad jord: Kemiskt stabiliserad jord (1 wt% Fe 0 ) Deponerad jord: Kemiskt stabiliserad jord (5 wt% gips) Naturliga analoger arseniksulfider (As 2 S 3 ; As 4 S 4 ; FeAsS) Deponerad jord: Arsenikförorenad jord
Jord i växt- och skyddsskikt As, µg/l 25 20 15 10 5 0 PS 1 PS 2 PS 3 1 23 77 482 857 1210 Tid, dagar Obehandlad jord Jord + Fe Jord + Fe + Torv
As biotillgänglighet miljö (växter) As i växter, mg/kg TS Obehandlad jord Jord + Fe Jord + Fe + Torv As i växter - labb Rötter Växtskott As i växter - fält Vit sötväppling (Melilotus albus) Rödklöver (Trifolium pretense) As i både rötter och skott <2 mg/kg TS
As biotillgänglighet - människa Simulering av mag-tarmkanalen hos människor Mage ph 1.5-2.2 (Glycine / HCl) Tarmar ph 7 (NaHCO 3 ) Biotillgänglig As, % År 1 År 2 Obehandlad jord Jord + Fe Jord + Fe + Torv
Deponerad jord As, µg/l 10000 1000 100 Brunn 1 Brunn 2 Brunn 3 Obehandlad jord Jord + Fe Jord + Gips 10 1 77 349 482 857 1210 Tid, dagar
Sluttäckning As-förorenad jord Behandling av lakvatten Bildkälla: Dr G Fred Lee and Associates