Sulfidhaltiga jordar bedömningsgrunder, hantering och framtid

Sulfidhaltiga jordar bedömningsgrunder, hantering och framtid Josef Mácsik, Ecoloop 2016-11-26

Utvecklingsresan Nytta Forskningsstöd och utveckling Strategisk rådgivning Förverkligande av resurseffektiva lösningar Lärande OBS, nyare piltext finns

Följande kommer att behandlas: Vad är sulfidjord? Dagens praxis Sulfid- och sulfatjordar vad innebär det i entreprenadarbetet? Klassning utifrån försurningsnivå, försurningspotential och försurningshastighet. Alternativ till deponering genom återanvändning.

Hur ska sulfid/sulfatjord beskrivas? Geoteknisk beskrivning: Granulometrisk sammansättning, w, G, kompressionsegenskaper, rutinundersökning (w p, w L etc.) Markkemisk beskrivning: Eh, ph, etc. Organiskt innehåll Innehåll av Fe & S (Fe/S) Buffringskapacitet Försurningspotential Försurningshastighet/-effekt Åtgräder för att eliminera effekter Användningmiljö etc. 4

Byggprocessen Tiden är en viktig faktor

Frågeställningarna Förprojektering: Hur kan vi ta reda på om sulfidjord förekommer i en tänkt exploatering eller detaljplan? Hur kan vi verifiera om det är ett problem som måste hanteras vid genomförandet? Provtagning, analys och bedömning. Vilka metoder finns det för att neutralisera försurande leror. Vilka risker finns efteråt? Hur bedömer vi sulfidlerornas självbuffrande förmåga med minimal information (Ca-tot).

Projektering, genomförande och behov av miljökontroll: Ledningsgravar, mellanlagring, transport och mottagare. Kontroll och rening av länsvatten, omgivningskontroll och uppföljande åtgärder. Masshanteringsplan kostnadskontroll. Vilka krav kan ställas på mätningar och kontroller under genomförandet för att kontrollera att planeringen var bra?

Vad är sulfidjord? Sulfidjordar är ett samlingsnamn för vattenmättade-finkorniga-anaeroba jordar, med några procent organiskt innehåll och halt av järnsulfider (främst FeS). Under anaeroba (luftfria) förhållanden är FeS en stabil förening. Metallhalterna i sulfidjord ligger under naturliga bakgrundshalter (Mácsik et al. 2018). I anaeroba sulfidjordar är FeS och FeS 2 stabila föreningar och por- och dräneringsvattnets halter av järn och svavel är mycket låga. Glacial lera SGU:s Kartvisare Gyttjelera (eller lergyttja) Postglacial lera

Var förekommer sulfidjord? Miljögeoteknik 9

Porvattnens Eh- och ph tillstånd från olika sulfidjordar, principbild (A) = anaerob sulfidjord (B) = aerob sulfidjord, Mácsik, 1994. B 1 B 2 Ökad rostutfällning

Viktprocent Geoteknik, exempel på kornstorleksfördelning Ler <0,002 mm 1 Silt 0,002 0.63 mm Sand 0.63 2 mm 0,8 0,6 0,4 0,2 2 m 2,5 m 3 m 3,5 m (w=100%) 3,5 m (w=200%) 4 m 5m 0 0,001 0,01 0,1 1 Kornstorlek [mm] w = m w /m s (vattenkvot)

1 DOMSTOLSAKADEMIN 2 Hantering baserat på teknik, ekonomi och miljö Photo: Johannes Pettersson, Swerock

Bedömningsträd (Momentan, okulär) (Momentan, XRF ) Alt. labanalys, 2-10 dygn)

Markkemin är ofta synlig 2 3 1

Kan vi identifiera sulfid- och sulfatjordar? Start: oxiderad sulfatjord dag 0: ph < 3,5 (brun) Slut: anaerob sulfidjord dag100: ph > 6,2 (svart) Kolonntest days ph < 4 ph > 6,2 days

Dräneringsvatten från sulfat och sulfidjordar Sulfid jord

Dagens praxis Konstaterad förekomst av sulfidjord? Bedömt ph-/redoxtillstånd? Bedömd risk för försurningspotential (kvalitativ)? Sulfidjord = Försurning? 17

Karakterisering Metod On Site Lab Svartstid Jordartsbeskrivning - Okulär x x Momentant Oxiderad - Okulär x x Momentant Omvandlad - Okulär x x Momentant Anaerob - Okulär x x Momentant Redoxtillstånd (Eh ) x x Momentant ph-tillstånd (och EC) x x Momentant XRF, Fe och/eller S-halt x x Momentant Organiskt innehåll x 2 dagar Innehåll av Fe och S (Fe/S) x 3-15 dagar Försurningspotential (MRM-metoden) x 4-10 dagar Försurningshastighet (verklig) x 4-90 dagar

Karakterisering Johannes Pettersson, 2016

Bedömningsgrunder vs hantering Geoteknisk och miljögeoteknisk kartering och karakterisering av viktiga sulfidjordsområden. Konstatera förekomst av sulfidjord. Identifiera olika typer av sulfidjord. Bedöma redoxtillstånd (kvalitativt) Bedöma risk för försurningspotential (kvalitativ). Kvantifiera försurningspotential i tid och rum. Ge kostnadseffektiva lösningar på sulfidjordsproblematik från fall till fall. 20

MRM/LTU-metoden LTU Försurningshastighet en viktig fråga 21

MRM/LTU-metoden LTU Försurningshastighet en viktig fråga 22

Systemtänk

Sur sulfatjord som saknar vidare försurningspotential FP#-Försurningspotential enligt MRM-metoden

FP#-Försurningspotential enligt MRM-metoden

ph Sulfidjord? Sulfatjord? Försurningspotential? S-halt 3 000 mg/kgts

FP#-Försurningspotential enligt MRM-metoden

Systemtänk FP#-Försurningspotential enligt MRM-metoden

Sulfidjord kan buffra Systemtänk FP#-Försurningspotential enligt MRM-metoden

Dagens hantering Morgondagens hantering Dagens situation leder till långa transporter och kvittblivning Schaktning av sulfidjord Schaktning av sulfidjord Alternativ 1 Möjligt? Alternativ 2 Alternativ n 100 % Deponering Deponering

Exempel på beredskap på att hantera sulfidjord Samhällsnyttan: Det är stora volymer sulfidjord som kommer att schaktas under de kommande åren. Alternativ hantering kan öka lokalt omhändertagande av sulfidjord och sänka hanteringskostnaden med hundratals kronor per ton.

Sulfidjord och dess användningspotential finns inte EN applikation som löser ALLA problem Sulfidjordstyp 1 Sulfidjordstyp 2 Sulfidjordstyp n Bibehållen vattenmättnad, stabilisering och buffring i olika applikationer: Skyddsskikt Terrängmodulering Fyllnadsmassor Jordtillverkning Etc.

Sätt att bibehålla ph > 6,2 i sulfidjord: - Bibehållen vattenmättnad, hindrar oxidation - Tillsats av buffert (tillsats av kalcit) - Stabilisering (tillsats av bindemedel) Kan vattenmättnad bibehållas? Kan Buffras/stabiliseras Återanvändning 33

Sulfatjord, S-halt 3 000 mg/kgts (Luleå)

Sulfatjord, S-halt 3 000 mg/kgts

Sulfatjord, S-halt 3 000 mg/kgts (Umeå)

Byggprocessen Tiden är en viktig faktor

Förprojektering (Frågeställningar) Ta reda på om sulfidjord förekommer i en tänkt exploatering eller detaljplan: Förekomst av lera, gyttjig ler eller siltig lera = undersök S och Fe halter samt CaCO 3 innehåll Verifiera om det är ett problem som måste hanteras vid genomförandet. Förekommer rostig sulfatjord (ph< 4) i det oxiderade skiktet ovanför grundvattenytan? Utför MRM test på jordprov från den anaeroba nivån. (Provtagning, analys och bedömning). Lista metoder för att neutralisera försurande leror. Bibehåll full vattenmättnad, buffra eller stabilisera Lista risker efteråt? Grundvattensänkning kan medföra långsiktig försurning av dräneringsvatten. Ta reda på sulfidlerornas självbuffrande förmåga: MRM-metoden ger bra förstahandsinformation.

Frågeställningar Projektering, genomförande och behov av miljökontroll: Ledningsgravar, mellanlagring, transport och mottagare. Kontroll och rening av länsvatten, omgivningskontroll och uppföljande åtgärder. Masshanteringsplan kostnadskontroll. Vilka krav kan ställas på mätningar och kontroller under genomförandet för att i tid upptäcka om deras planering inte var tillräckligt bra.

Tillstånd och hantering Projektering ger underlag för tillstånd, entreprenad, hantering, maskinstyrning och kontroll. Massorna ska ej mellanlagras Massorna ska hanteras separat (bör ingå i förfrågningsunderlaget) Sulfatjordar Sulfidjordar Jordar som inte är sulfid-/sulfatjordar Hanteringen ska kunna göras utan tidsfördröjning för entreprenören (det ska finnas plan för hanteringen) Kommunikationsplan, dvs mellan kontroll (konsult) och utförare (entreprenör) Personal är informerade, schaktning och kontroll Maskinkontroll (djup för de olika jordtyperna är förprogrammerade baserat på projekteringsunderlag) Fältlab

Utförande Daglig genomgång med personalen Schakt-/gropprovtagning för nästa dags entreprenad Fältkontroll (ph, Eh, S-halt, med dokumentation av lokal, djup och innehåll, plus bilddokumentation) Fältlabsbedömning baserat på i förhand satta nivåer (ph, Eh och svavelhalt) Hantering och sortering utifrån om jorden är: Sulfatjordar Sulfidjordar Jordar som inte är sulfid-/sulfatjordar Lokal hantering enligt plan (vattenmättnad/buffring/stabilisering eller clesaring)

Byggprocessen Att tänka på: Tiden är en viktig faktor

Jorden klassificeras exempelvis enligt följande, inklusive plats, nivå och datum. Metod Sulfatjord Sulfidjord Jordartsbedömning (Okulär) Ej sulfid-/sulfathaltig jord Fyllnadsmaterial, friktionsjord, ren lera etc Färg Rostfärgat/Grå Svart/Grå - ph < 5 > 5 - Halt S med XRF > 600 mg/kg TS > 600 mg/kg TS < 600 mg/kg TS

Demonstrationsobjekt/projekt FoU-projekt som kan följa upp långtidseffekter Geotekniken är lika viktig som miljön Viktigt att inte tappa helhetsbilden: Teknik möjligt? Miljö accepterad? Ekonomi finns det drivkraft? Resurshantering positivt? Långtidseffekt har vi kunskap? Juridik finns det möjligheter? Kommunicera och bygga upp kunskap

FoU-behov Hur går vi vidare? Erfarenhetssammanställning (Vägledningsprojekt en sammanställning av dagens kunskap) Indelning i olika typer av sulfidjordar (en förfining av dagens indelning bredare underlag) Framtagning av en förenklad metod att bedöma sulfidjord ur miljögeoteknisk synpunkt Kartläggning av olika sulfidjordars miljögeotekniska egenskaper 51

External origin Internal origin Internal origin External origin Vidareutveckling av bedömningssystem och hantering Strength (helpful to achieve objectives) Sulfidjord behöver schaktas och hanteras i framtiden. Vid schakning kommer nästan all sulfidjord att klassas som försurningsbenägen. Aktörer med ekonomisk drivkraft är engagerade, Tarfikverket, Entreprenörer, konsulter, kommuner, deponiägare och akademi. Trafikverket är en nationell aktör. Tre olika Demoförsök är inplanerade i projketet. Angreppssättet är att utveckla bedömningsmetodien, bedöma alternativa åtgärders livcykelperspektiv och demonstrara bedömningssystemets tillämplighet och två-tre applikationers lämplighet, där sulfidjord används som konstruktion. Sulfidjorden upplevs som en problemjord av miljömyndigheterna. Allmänna kunskapsnivån om sulfidjord är begränsad. Weaknesses (harmful to achieve objectives) Det finns många olika sulfidjordar och projektet kommer att baseras på ett fåtal olika sulfidjordstyper. Metoden kommer att behöva uppdateras med ny erfarenhet allt eftersom. Metoden som tas fram är mer kunskapsintensiv än dagens praxis. Det krävs mer av entreprenören för att bedömning och sortering ska fungera. I projektet finns det idagsläget bara tre demoprojekt inplanerat. Opportunities (helpful to achieve objectives) Threats (harmful to achieve objectives) Kunskapshöjning och förankring av resultat i branschen. Kommunala bolag, konsulter och entreprenörer är intresserade av en vidareutveckling av bedömningssystemet. Miljömyndigheter vill premiera miljöriktig hantering av sulfidjord. Kostnaderna att hantera sulfidjord med dagens metodik är en bra drivkraft att utveckla ny hantering och vidareutveckla bedömningssystemet som används idag. Miljömyndigheter kräver specialdeponi för all sulfidjord. Metoden används inte av konsulter och entreprenörer för att bedöma sulfidjord. Det är enklare att hantera sulfidjord utan bedömning och sortering, trots höga deponeringsavgifter. Sulfidjord klassas fel och hanteras på fel sätt. Det framtagna bedömningssystemet och användningen når inte TRL8 i och baserat på demonstrationsprojekten och kan inte lanseras mot TRL9

Projektering Synkronisering Geoteknik Miljömyndigheter