Kemisk stabilisering av spårämnen i förorenad jord: fungerar det? Jurate Kumpiene Avdelning för Avfallsteknik
Kemisk stabilisering Mild marksaneringsteknik Syfte: att minska spridning av föroreningar till grundvatten, upptag av växter och direkt exponering för levande organismer
Jordtillsatser: för att bilda stabila föreningar och minska jordtoxicitet Järnhaltiga material och järnoxider hematit goetit ferrihydrit Aska pappersbruksslam pulvriserat kol/torv aska Torv aska Carabante, 2009 Fosfater Zeoliter Organiskt material kalk, etc. Sundblom, 2004 Stenberg, Hedlund, 2008
Stabiliseringen uppnås s genom: McLaughlin, 2002
Vad kan tekniken användas till? alternativ till utgrävning och deponering förbehandling av förorenad jord innan deponering användning av behandlad jord som konstruktionsmaterial
Avfallsförbehandling Rörlighet Långtidsstabili tet in situ jordbehandling Ekotoxicit et Konstruktionsmaterial Geoteknisk lämplighet
Utvärderingsmetoder Fungerar det? Hur fungerar det? Kemiska tester: Laktester Kemiska extraktioner Biologiska tester: Bio- och Fytotoxicitet Mikrobiell biomassa, Enzymaktivitet, etc. Geotekniska tester Geokemisk modellering Analyser på molekylär nivå
20 15 Cu Cu Laktester i fält (lysimeterexperiment) mg/l 10 Obehandlad jord 5 0 50 350 650 950 1250 1550 tid (dagar) Behandlad jord Pb 20 Obehandlad 15 Jord+FA+OM mg/kg Cu = 327 Pb = 3743 Jord ph=4 mg/l 10 5 Obehandlad jord 0 50 350 650 950 1250 1550 Behandlad jord tid (dagar)
Observerad buffringseffekt ph Obehandlad Jord+FA+OM 8 Behandlad jord 7 6 5 Obehandlad jord 4 3 2 50 350 650 950 1250 1550 tid (dagar)
Återställning av jordens nyckelfunktioner Ökad: mikrobiell biomassa och respiration enzymaktivitet omsättning av näringsämne växtetablering skydd av markytan Cu/Pb förorenad jord (obehandlad) FA-OM tillsatt jord
Arsenik ~900 Mkr för sanering av As-förorenad jord i Sverige Träimpregneringsområden Uppgrävning och deponering
Järnhaltiga material effektiva för As immobilisering 0.16 0.14 0.12 0.1 1 mm F färskt material Å åldrat (6 mån) Inverkan påp As-lakning små partiklar (<1 mm) grova partiklar (~6 mm) As, mg/l 0.08 0.06 0.04 0.02 0 untreated soil 1% Feº 5% FeOx F 10% FeOx F 10% FeOx A-coarse 10% FeOx A-fine 15% FeOx F 20% FeOx F 20% FeOx A-coarse 20% FeOx A-fine 25% FeOx F
As komplexering till Fe-oxidytan mononukleära binukleära Järnoxid
Fe för andra spårämnen Cu bunden till Fe oxider i Fe+kompost tillsat jord XANES analyser: molekylär struktur (Peakock & Sherman model, 2004) Bes & Mench, 2008
Utlakning av As och metaller i Fe-stabiliserad jord Avfallskarakterisering (NFS 2004:10) mg/kg dry substance 100.0 10.0 1.0 0.1 0.0 L/S 10 As Cr Cu Zn L/S 10 l/kg As Cu Cr Zn mg/kg TS HW 25 100 70 200 NHW 2 50 10 50 IW 0.5 2 0.5 4
Vad kan hända i en deponi?! Deponering av As förorenad jord mg/kg TS 35 30 25 20 15 10 5 Aerob miljö Anaerob miljö 0 As Fe
Återanvändning Växtlighet: > 0.25 som m konstruktionsmaterial, Skyddskikt: 0.75-1 m e.g. vid sluttäckning av Dräneringsskikt 0.3 m deponier Barriär: 0.5 m (k < 10-9 m/s) Permeabel skikt, gas dränering: > 0.3 m
Fysikaliska förändringar i jord Partikelstorleksfördelning Porositet Vattenpermeabilitet
Partikelstorleksfördelning Untreated soil +15% Fe Obehandlad jord 100 90 80 70 60 weigt-% 50 40 30 20 10 0 0.001 0.01 0.1 1 10 100 Particle size. mm
Vegetationstillväxt Biomassa, g DW m -2 Obehandlad 53.3 1% Fe 0 73.6 7% Fe 3 O 4 96.2 15% Fe 3 O 4 33.8
Oönskad immobilisering 120 100 80 Untreated Obehandlad soil jord Soil+1%Fe Jord Fe 10 1 Untreated Obehandlad soil jord Soil+1%Fe Jord Fe mg/l 60 40 20 mg/l 0.1 0.01 0 Ca K Mg Na 0.001 Cd Cr Cu Mn Zn Ytterligare tillsatser och/eller gödsel behövs: P, N, slam, aska, etc.
Stabilisering av As-förorenad jord Obehandlad jord ph 4.2 Jord+järn+kompost+ flygaska ph 6.7 mikrobiell biomassa enzymaktivitet växtartrikedom Mench et al. (2000, 2002) Renella et al. (2008)
Problem Gödsling kan leda till jonutbyte ökad utlakning av spårämnen Olika ämnen binds olika starkt
Utbyte av adsorberade joner pd P, mm As, mm Desorption av P, % Desorption av As, % 4 0.03 0.03 36 10 0.15 0.03 30 8.5 0.03 0.03 50 20 0.15 0.03 50 Carabante, 2009
Hur vet vi att tekniken fungerar? Minskad utlakning Växtetablering, återställning av enzym- och mikrobiellaktivitet, etc Minskad upptag i växter och jordorganismer Hur långsiktig är den?
Mängden av spårämnen i jordskorpan är beständig. Det enda alternativet att hantera oorganiska föroreningar är att återvända dem till deras ursprungliga (minst lösliga) former (sulfider, oxider, silikater, etc.). Etablerade växter samt mikro- och mesoorganismer kommer att driva systemet bort från jämvikten genom att omsätta näringsämnen, gaser och vatten. Lakning kommer att sker så länge vittring och koncentrationsgradient existerar.