Muddermassor med miljöfördelar Sediment är jordmaterial som ackumulerats på botten av sjöar, hav eller i vattendrag. Muddring är den teknik som används för att ta upp jorden från botten, figur 1. Orsaken till muddring varierar och kan till exempel utföras för att bibehålla ett minsta vattendjup då nya fartyg är mer djupgående eller för att utveckla ett hamnområde av underhålls- eller byggtekniska skäl. Muddring kan också ske ur ett saneringsperspektiv i syfte att efterbehandla förorenade sediment. Sveriges kust- och havsområden har under flera decennier mottagit stora mängder föroreningar via luft och vattendrag. Hamnarnas kontinuerliga behov av att muddra till följd av ackumulerade sediment innebär att de ofta får ta konsekvenserna från vårt historiska arv. Vanligt förekommande föroreningar i hamnområden är till exempel tungmetaller, TBT (tributyltenn) och PCB. Behovet att muddra i Sverige och våra nordiska grannländer de närmaste åren rör sig om Artikelförfattare är Ylva Magnusson, civ ing, Bo Svedberg, tekn lic, och Josef Mácsik, tekn dr, Ecoloop/LTU, samt Aino Maijala, tekn lic, och Harri Jyrävä, civ ing, Ramböll Finland. 72 miljontals kubik muddermassor. En inventering av volymerna i 40 av Sveriges hamnar indikerade att dagens kännedom om volymen förorenade massor är cirka 1 500 000 m3, se figur 2. Det är svårt att få en bild av den totala mängden förorenade sediment som finns i Sverige. Ovan nämnda inventering avser endast ett antal hamnar och inkluderar därmed inte muddermassor från farleder eller för den delen förorenade sediment i andra vattenområden. I Norge har en mer omfattande inventering utförts. Den indikerar att det finns 80 kustnära områden FOTO: NORDSJÖ HAMN Sveriges kust- och havsområden har förorenats under flera decennier. Sedimenten som ackumulerats på bottnarna är därför ett historiskt arkiv över våra tidigare synder. Sjöfartens kontinuerliga behov av att muddra gör samtidigt att den får ta konsekvenserna. Stora mängder förorenade sediment ska muddras och hanteras i Sverige de närmsta åren. Stabilisering och solidifiering av muddermassor är ett spännande exempel på teknik som är kostnadseffektiv och samtidigt ger förutsättningar för begränsad miljöpåverkan. Figur 1: Muddring av finkorniga och TBT-förorenade sediment i Nordsjö hamn. Figur 2: Känd volym av muddermassor som ska hanteras i Sveriges hamnar de närmaste åren.
Tabell 1: Alternativ för omhändertagande av muddermassor. Rena muddermassor Förorenade muddermassor Deponering till havs 25 kr/m 3 Nyttiggöra, ex rev 100 kr/m 3 Nyttiggöra, stabilisering/solidifiering 200 300 kr/m 3 200 400 kr/m 3 Deponi på land eller annan behandling 1 000 2 000 kr/m 3 1 500 3 000 kr/m 3 vilka har klassats som högriskområden. För Norges hamnområden bedöms saneringskostnaden till minst tre miljarder kronor och för resterande kust- och vattennära områden beräknas kostnaden till tiotals miljarder kronor, Lundestad (2005). Vilka är alternativen? Det vanligaste och billigaste alternativet är att deponera massorna till havs. Vid avgörande om massorna kan deponeras till havs bedöms bland annat innehåll av föroreningar och lokaliseringen (bland annat tillgång till ackumulationsbottnar). Rapporten Bedömningsgrunder för miljökvalitet, kust och hav, Naturvårdsverket (1999), används som stöd för bedömningar. Naturvårdsverket avser att påbörja ett vägledningsarbete för alternativet deponering till havs, Wallin (2006). Att nyttiggöra muddermassor genom till exempel anläggande av rev förutsätter att massorna inte är förorenade, metoden är dock relativt ovanlig i Sverige. För förorenade muddermassor anses idag ofta deponering på land som det ända alternativet. Deponering på land innebär stora kostnader till följd av transporter, deponeringskostnader och den praktiska hanteringen av de vanligen lösa och flytbenägna sedimenten. Detta alternativ ger också upphov till miljöpåverkan till följd av hög åtgång av naturresurser, påverkan av transporter med mera. Muddermassornas granulometriska sammansättning, organiska innehåll, innehåll av föroreningar är exempel på aspekter som styr åtgärdsval. Ekonomi är givetvis en annan viktig faktor, se tabell 1. Nyttiggöra med STSO-tekniken Den senaste tiden har flera projekt genomförts där föroreningarna stabiliseras och/eller solidifieras (STSO) samtidigt som massornas geotekniska egenskaper förbättras genom inblandning av bindemedel så att nya markområden kan etableras. Den så kallade STSO-tekniken är ett kostnadseffektivt alternativ med goda förutsättningar till en begränsad miljöpåverkan som framför allt är aktuell vid: Efterbehandling av förorenade muddermassor Hantering av stora mängder muddermassor. Utrustning och teknik som krävs vid ett STSOprojekt är snarlik redan etablerad teknik som används vid så kallad djup- eller masstabilisering. Där används den vid jordförstärkning av lösa och sättningsbenägna jordar till exempel i samband med väg- och järnvägsprojekt, figur 3. Tekniken med masstabilisering finns bland annat beskriven av Kivelö (2004). STSO-tekniken för jord, sediment och slam är väl etablerad bland annat i USA och Storbritannien och har använts vid efterbehandling av bland annat arsenik-, tungmetall-, TBT-, dioxin-, PCB- och PAH-förorenade massor, Al-Tabbaa A (2005), Cementa (2002), Holm et al (2005), Laugesen et al (2005), Nordsjö hamn (2005), US EPA (2000). De vanligaste bindemedlen är cement, Merit, fosfat, sulfat, flygaska, kalk och kalksten. Tekniken är väl utvecklad för att behandla oorganiska ämnen. För organiska föroreningar är metoden inte lika etablerad. Högt organiskt innehåll, höga oljehalter (större än 20 procent) hos sediment kan motverka STSO-processen. En annan viktig faktor att beakta är att hög värmeutveckling i det behandlade materialet kan bidra till avgång av volatila föroreningar till luft, US Environmental Protection Agency (2006). 500 000 m 3 TBT-förorenade massor i Nordsjö hamn I Nordsjö hamn, Helsingfors, byggs just nu en ny och modern styckegodshamn Figur 4: I Nordsjö hamn pågår just nu en masstabilisering av TBT-förorenade sediment. FOTO: NORDSJÖ HAMN Figur 3: Princip för jordförstärkning genom så kallad masstabilisering. ILLUSTRATION: NORDSJÖ HAMN med tillhörande trafikförbindelser, figur 4. Inom hamnområdet finns enligt förundersökningar cirka 100 kilo av föroreningen TBT (tributyltenn), mindre mängder PCB samt tungmetaller. Föroreningshalten ansågs vara så hög att sedimenten inte kunde deponeras till havs. Nordsjö hamn beslutade sig för att använda STSO-tekniken för efterbehandling av muddermassorna. Efterbehandlingen består av tre faser; skyddkonstruktion byggs upp, saneringsmuddring och slutligen stabilisering. Bankar som sedan kommer vara en del av den kommande hamnkonstruktionen fungerar som temporär skyddkonstruktion. Genom att muddringen utförs inom en skyddskonstruktion kan inte de förorenade sedimenten spridas till omgivningen. Efter muddring placeras de TBT-kontaminerade sedimenten i två bassänger där de stabiliseras och solidifieras och bildar 73
FOTO: BOSSE SVEDBERG FOTO: BOSSE SVEDBERG Figur 5 a och 5b: Masstabilisering av TBT-förorenade sediment Nordsjö hamn. ett cirka fem meter tjock lager, se figur 5a och 5b. Som bindemedel används cement och totalt rör det sig om 500 000 m3 förorenade muddermassor som kommer nyttiggöras genom STSO-tekniken. De stabiliserade massorna utgör en del i en bärande hamnkonstruktion och skapar därigenom ny mark för fortsatt exploatering av hamnområdet. Dessutom ersätter muddermassorna jungfruligt material (grus och sand), Nordsjö hamn (2005). Stabilisering och solidifiering, STSO-tekniken Sediment består av partiklar i ler- till 74 sandfraktion och i vissa fall med högt organiskt innehåll och hög vattenkvot. Finare material sedimenterar långsamt och utgör bra adsorbent för organiska och oorganiska föroreningar. Sediment kan därmed betraktas som en sänka för föroreningar i vattenmiljön. Vid hantering av förorenade sediment är det därför lätt att åter mobilisera föroreningar. Minskad mobilitet av ämnen. Muddringsmassornas TS-halt är ofta låg, det vill säga materialet består till stor del av vatten. Även efter sedimentation i sedimentationsbassäng, som kan ta lång tid, kommer materialet att bestå av stor andel vatten, vilket även bidrar till en låg håll- fasthet. Förutsättningen för att kunna nyttja dessa massor, gäller även vid deponering, är att lakbarheten och transporten av förorenat vatten minimeras och att hållfastheten förbättras. STSO är en lovande metod som syftar till att begränsa föroreningars mobilitet. Vid stabilisering och solidifiering sker en kemisk fastläggning och omvandling av föroreningarna samtidigt som det sker en fysikalisk omvandling som medför att permeabiliteten och innehållet av fritt vatten minskar samtidigt som hållfastheten ökar, Gilliam & Wiles (1992). STSO bidrar till att minska föroreningars mobilitet genom:
Minskning av innehåll av fritt vatten, vid tillsats av hydrauliska bindemedel sker det reaktion med vatten, vilket minskar muddringsmassornas vatteninnehåll ph-justering som minskar föroreningarnas löslighet Kemisk fixering genom fastläggning som silikater, hydroxider, karbonater, sulfider etcetera Omvandling till mindre toxisk form Kemisk inkapsling av förorenade partiklar (mikroinkapsling i kristallstruktur) Lägre permeabilitet och därmed minskad vattentransport Hållfasthetsökning hos materialet, från några kpa upptill flera hundra kpa. Vid inblandningsförsök visar resultaten att vissa bindemedel fungerar bättre för vissa ämnen och vice versa. I figur 6 åskådliggörs detta med ett exempel med Figur 6: Lakningspotential för olika bindemedelsblandningar i syfte att stabilisera TBT-förorenade sediment. Källa: Nordsjö Hamn/Ramböll Finland Oy (2005). TBT-förorenade massor från Nordsjö hamn där primärt olika cementbaserade bindemedel använts. God beständighet. Erfarenheter av långtidsbeständighet hos stabiliserade material är av naturliga skäl begränsade idag. I ett värsta möjliga scenario (det vill säga materialet ligger ytligt, utsätts för aggressivt vatten med mera) bedöms en stabiliserad jordmassa kunna motstå kemisk och fysikalisk vittring som andra cementbaserade material, det vill säga i 50 100 år, US EPA (2000). Normalt är situationen harmlösare, varför beständigheten torde vara längre. Det rekommenderas likväl att höga krav ställs på utformningen av konstruktioner med stabiliserade massor för att minimera sådana risker. Välj bindemedel för optimal hållfasthet. En effekt av stabilisering och solidifiering är att materialets hållfasthet ökar. Figur 7: Hållfasthetsutveckling för olika bindemedelsblandningar i en muddermassa. Källa: Nordsjö Hamn/Ramböll Finland Oy (2005). Den potentiella hållfasthetsnivån som kan åstadkommas påverkas av olika faktorer, till exempel: Jordart, kornstorleksfördelning, organiskt innehåll, vattenkvot (med mera) Typ och mängd av bindemedel Vanligtvis används cement som ger en snabb hållfasthetstillväxt. Hållfastheten kan regleras genom vald inblandning. Merit används vanligen i kombination med cement. Vid användning av Merit är stabiliseringsprocessen långsam inledningsvis. Detta är fördelaktigt i vissa situationer, bland annat i syfte att inte materialet ska härda för snabbt eller för att fastlägga vissa miljögifter. Bindemedel interagerar med muddermassan på olika sätt. Genom rätt val av bindemedel kan olika aspekter påverkas som till exempel hållfasthetsutveckling, kemisk och fysikalisk stabilisering av ämnen m m. Med kunskap om detta finns också möjligheter att optimera bindemedelskostnader. I figur 7 framgår hållfasthetsutvecklingen hos olika inblandningar hos en muddermassa (w är lika med 86 procent) efter 28 dagars stabilisering. Bindemedelsmängder har givits separat för olika typer av cement (från 30 till 110 kg/m 3 ) och komponenter, som tillagts (till exempel SRSe 40 procent plus LT60 procent och SRSe 60 procent och LT 60 procent). [SR-cement är lika med sulphate resistant cement; Cem II B är lika med byggcement; LT är lika med flygaska och RPT är lika med avsvavlingsrestprodukt (halvtorr metod)]. Bästa resultat erhålls i detta fall med Cem IIB; tryckhållfasthetsmålet 200 kpa nås med 10 15 kg/m 3 mindre mängder av bindemedel än i andra fall. I detta fall har nivån 200 kpa erhållits med alla typer av cement med mängder under 100 kg/m 3. Ekonomisk nytta och exploateringsmöjligheter Ekonomin skiljer sig mycket beroende på hur muddermassorna hanteras. För förorenade sediment är traditionell deponering på land ett kostsamt alternativ. I exemplet Nordsjö hamn är den beräknade kostnaden för stabilisering av massorna 100 miljoner kronor. Deponering på land hade kostat minst det dubbla. Deponering på land hade också krävt att cirka 50 000 lastbilar hade varit tvungna att passera närliggande bostadsområden. Ett annat exempel är Hammarby sjöstad, här utfördes stabilisering av kvicksilverförorenade massor med en blandning av 50 procent Merit och 50 procent cement. Kostnaden för stabiliseringen låg här på 200 300 kr/m 3 om valet istället hade blivit deponering på land skulle kostnaden ha blivit 2 500 kr/m 3, se tabell 2 på nästa sida. Att stabilisering/solidifiering är en kostnadseffektiv teknik beror bland annat på minskade transportkostnader, inga deponiavgifter och låga materialkostnader. I denna kalkyl har då inte ingått ekonomis- 75
Tabell 2: Kostnadsjämförelse mellan STSO-tekniken och deponering på land. Projekt Stabilisering/ Deponering på land solidifiering Nordsjö hamn, Totalkostnad: Totalkostnad: Helsingfors 100 miljoner kronor > 200 miljoner kronor Hammarby Sjöstad 200 300 kr/m 3 2 500 kr/m 3 ka fördelar till följd av att nya markområden kan exploateras. Denna exploatering kan ske i vattennära och ofta eftertraktade områden. Bostäder, grön-, och upplagsytor etablerats vilket bland annat exemplifieras i det ovan nämnda Hammarby sjöstad där de stabiliserade kvicksilverförorenade sediment idag utgör ett kajområde, Sörnäs strand och Arabia är andra liknande exempel. Goda miljölösningar lokalt, regionalt, nationellt STSO-tekniken ger möjligheter till en god platsspecifik miljölösning genom att mobiliteten hos föroreningar reduceras och därmed bidrar till miljömålet Giftfri miljö. I det tidigare nämnda stabiliseringsprojektet i Hammarby sjöstad är den uppmätta utlakningen liten och kan jämföras med bakgrundshalterna i sjön. I nyligen publicerad doktorsavhandling vid Luleå tekniska universitet visas hur till exempel utlakning av koppar och bly kan reduceras med tekniken, se figur 8, Kumpiene et al (2005). Miljömålet God bebyggd miljö föreskriver att deponering av material ska minska vilket också är argument för att använda stabilisering/solidifiering. Att stabilisera dem lokalt leder också vanligen till att uttaget av naturresurser begränsas dels med avseende på ökat deponiutrymme men även ett minskat behov till följd av att det minskar behovet av material på platsen. Tekniken torde också ligga i linje med miljömålen Bara naturlig försurning och Begränsad klimatpåverkan då transporter kan reduceras varvid utsläpp av CO 2 och NO x kan minskas. God kunskap finns Det finns god kunskap inom flera av de centrala områdena för hållbar hantering av förorenade muddermasssor som till exempel geoteknik, miljöteknik, biologi, ekologi och geologi samt hamn och sjöfartsverksamhet. Vid Luleå tekniska universitet, SGI, Ecoloop, Ramböll pågår idag projekt med syfte att samordna och utveckla kunskapen inom området stabilisering och solidifiering. Ett sådant projekt är Erfarenheter från stabilisering och solidifiering av förorenad jord och muddermassor vilket finansieras av Naturvårdsverkets program Hållbar sanering. Figur 8: Koncentrationer av Cu och Pb vid lakning av obehandlad och behandlad jord vid ph 3 och 7. Det syftar till ställa samman dagens kunskap och också etablera objekt där tekniken kan tillämpas och studeras närmare. Låt oss gemensamt verka för att samordna och utveckla kunskap inom hantering av muddermassor till nytta för alla aktörer och speciellt våra hamnar, sjöfart och vår miljö. Referenser Al-Tabbaa A. Stabilisation/solidification of cantaminetaind materials with wet DeepSoil Mixing. Presentationsmaterial från konferansen Deep Mixing Best Practice and Recent Advances, Stockholm, 23 25 maj 2005. Cementa, tidskrift, artikel i nr 3 2002. Gilliam TM & Wiles CC. (1992). Overview. In: Stabilization and Solidification of Hazardous, Radioactive and Mixed Wastes, 2nd Volume, ASTM Publication Code Number (PCN) 04-011230-56. p. ix xii. Holm G., Rogbeck Y., Berglund C. (2005). Presentationsmaterial från konferensen International Conference on Deep Mixing Best Practice and Recent Advances, Stockolm, 23 25 maj 2005. Kivelö M & Palolahti (2004). Masstabiliseringsteknik metod med många tillämpningar inom miljöområdet. Artikel i Bygg & Teknik, nr 1, 2004. Kumpine J, Lagerkvist A, Maurice C (2005). Stabilization of Pb and Cu contaminated soil using coal fly ash and peat. Environmental Pollution. Accepted. Luleå Tekniska Universitet, Nr 2005:38, ISSN 1402-1544, ISRN LTU-DT-05/38-SE. Laugesen J, Grini R S, Emasus K, Linders H, Angelsen J. Stabilisation of contaminated sediments in Trondheim harbour Special challenges. Presentationsmaterial från konferansen International Conference on Deep Mixing Best Practice and Recent Advances från konferansen Deep Mixing Best Practice and Recent Advances, Stockolm, 23 25 maj 2005. Lundestad T. The situation in Norway concerning sediments/dredging. Presentationsmaterial från PIANC-konferansen Muddring och muddertippning, 28 september 2005, Göteborg. Naturvårdsverket, (1999). Bedömningsgrunder för miljökvalitet. Kust och Hav. Rapport 4914. Nordsjö hamn Ramöll Finland Oy (2005). TBT, Sanering av TBT-kontaminerade sediment i Nordsjö hamn, Nordsjö hamn, Helsingfors. Inte publicerade rapporter. Wallin (2006), Wallin M., Personlig referens, Naturvårdsverket. US EPA (2000). Solidification/stabilization used at Superfund sites. EPA-540- R-00-010. Tillgäng på http://clu-in.org/ download/remed/ss_sfund.pdf. US Environmental Protection Agency (2006). Finns tillgänglig på www.epa. gov/tio. 76