SLUTTÄCKNINGEN AV HAGFORS KOMMUNALA DEPONI: MATERIALUNDERSÖKNINGAR I LABORATORIESKALA & FÄLTEXPERIMENT

SLUTTÄCKNINGEN AV HAGFORS KOMMUNALA DEPONI: MATERIALUNDERSÖKNINGAR I LABORATORIESKALA & FÄLTEXPERIMENT Delrapport III Inga Herrmann Lale Andreas 2006-12-21

Innehållsförteckning 1 INLEDNING... 1 2 MATERIAL OCH METODER LABORATORIEFÖRSÖK... 1 2.1 Hydraulisk konduktivitet av stålslagg... 1 2.1.1 Stålslagg... 1 2.1.2 Test på hydraulisk konduktivitet... 1 2.2 Lakningsförsök skyddsskiktsmaterial... 2 2.2.1 Två-stegs skaktest... 2 2.2.2 Kolonntest... 2 3 MATERIAL OCH METODER FÄLTFÖRSÖK... 3 3.1 Design fältförsök... 3 3.2 Provtagning... 4 4 RESULTAT LABORATORIEFÖRSÖK... 4 4.1 Hydraulisk konduktivitet av stålslagg... 4 4.2 Lakförsök på skyddsskiktsmaterialet... 5 4.2.1 Två-stegs skaktest... 5 4.2.2 Kolonntest... 7 5 RESULTAT FÄLTFÖRSÖK (PROVYTA 1)... 10 5.1 Lakvatten, dränvatten, nederbörd... 10 5.2 Gas sammansättning ovan och nedanför tätskiktet... 12 6 DISKUSSION... 13 6.1 Hydraulisk konduktivitet av stålslagg... 13 6.2 Lakförsök på skyddsskiktsmaterialet... 14 6.2.1 Två-stegs skaktest... 14 6.2.2 Kolonntest... 14 7 SLUTSATSER... 15 7.1 Hydraulisk konduktivitet i laboratorieförsök... 15 7.2 Lakningsförsök skyddsskiktsmaterial... 15 7.3 Fältförsök... 15 8 PÅGÅENDE FÖRSÖK... 15 8.1 Lakning från skyddsskiktsmaterialet i försöksmodell... 15 8.2 Mineralomvandling i stålslagg... 16 8.3 Geoteknisk stabilitet: enaxligt tryckförsök... 17 9 REFERENSER... 18

Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi 1 1 INLEDNING Hagfors kommunala deponi ska delvis sluttäckas. I täckningen ska flera alternativa material användas. Uddeholm Tooling AB tillverkar stålslagg som ska användas i tätoch dräneringsskiktet. I skyddsskiktet ska en blandning av avloppsslam, aska och schaktmassor användas. I denna rapport redovisas (delvis preliminära) resultat av laboratorieförsöken som har genomförts eller genomförs på Luleå Tekniska Universitet. Dessutom redovisas preliminära resultat från fältförsöket i Hagfors. 2 MATERIAL OCH METODER LABORATORIEFÖRSÖK 2.1 Hydraulisk konduktivitet av stålslagg Test på hydraulisk konduktivitet av olika blandningar av stålslagg från Uddeholm Tooling AB hade redan tidigare utförts vid LTU. Blandningarna bestod då av högst 55 % grovkornig slagg. Eftersom den hydrauliska konduktiviteten visade sig vara mycket låg, uppstod frågan om en blandning med en större andel grovkornigt material också skulle visa en tillräckligt låg hydraulisk konduktivitet. Därför testades en blandning med 65 % grovt material. 2.1.1 Stålslagg Stålslaggerna som undersöks är 3 ljusbågsugnsslagger och en skänkslagg som är producerade vid Uddeholm Tooling AB i Hagfors. Slaggernas produktion har beskrivits närmare i delrapport 1 (Herrmann, Hamberg, et al., 2006). Ljusbågsugnsslaggerna (electric arc furnace slags) betecknas sedan tidigare med EAF 1, EAF 2 och EAF 4. Skänkslaggen (ladle slag) betecknas med LS. EAF 1 och EAF 2 är mycket likt varandra varför de liksom i tidigare försök sammanblandades. EAF 4 har liknande egenskaper som LS så att även dessa två slagger blandades. Andelarna i blandningarna bestämdes efter fallande mängder på Uddeholm Tooling AB: EAF 1+2 blandades samman enligt kvoten 2,6:1 och EAF4+LS enligt kvoten 1:1,6. Sedan blandades dessa blandningar till tätskiktsmaterialet enligt följande: 65 % EAF 1+2, 35 % EAF 4+LS. EAF 1+2 siktades 8 mm, EAF 4 och LS 20 mm. 2.1.2 Test på hydraulisk konduktivitet Hydraulisk konduktivitet testades enligt svensk standard (SIS, 1989). Proverna kompakterades med en energimängd som motsvarar tung laboratoriestampning enligt

2 Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi svensk standard (SIS, 1994) och med en vattenhalt av 9 vikt-% a. Tre replikater utfördes. Vattenmängden som perkolerar genom provet vägs var fjärde dag eller oftare och den hydrauliska konduktiviteten beräknas enligt Darcys lag (SIS, 1989): k = Q A t I där k = hydraulisk konduktivitet [m s -1 ] Q = genomströmmande vattenmängd under tiden t [m 3 ] A = provets tvärsnittsarea [m 2 ] t = tid för genomströmning av vattenmängd Q [s] I = gradient = h H där H = tryckhöjd från vattenbehållaren [m] h = provets höjd [m]. Gradienten sattes till ungefär 8,2 ± 0,6 dvs. vatten perkolerar genom kolonnerna med ganska hög tryck. I praktiken är gradienten på tätskiktet mycket mindre. I laboratoriet väljer man högre gradient för att påskynda vattengenomströmningen. Försöket har bedrivits i nästan 3 månader (start: 060531) och kommer att pågå ännu längre för att kunna bedöma långtidsstabiliteten. 2.2 Lakningsförsök skyddsskiktsmaterial Till skyddsskikt ska en blandning av jord (schaktmassor), avloppsslam och aska testas. Blandningen består av 80 vikt-% TS b jord, 10 vikt-% TS slam och 10 vikt-% TS aska. Lakningsförsök genomförs för att kunna bedöma om, hur mycket och hur länge materialen lakar farliga ämnen. Två-stegs skaktest har genomförts för att jämföra med EU-gränsvärden för deponier. Kolonntest har genomförts för att kunna bedöma lakningsbeteendet över tiden samt för att jämföra med EU gränsvärden. 2.2.1 Två-stegs skaktest Tvåstegs skaktest utfördes enligt standarden SS-EN 12457-3 (SIS, 2003) vid LS c 2 och 8 vilket sammanlagt blir LS 10. Aska-slam-blandningar har testats tidigare på avdelningen enligt en annan standard på bara LS 10. För att kunna jämföra med dessa tidigare resultat utfördes en test på enbart LS 10 (enligt standarden SS-EN 12457-4). 2.2.2 Kolonntest mängd vatten ( g) a vattenhalt (%) = 100 mängd torrt material( g) b TS: torrsubstans c LS: liquid to solid ratio

Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi 3 Kolonntest genomfördes enligt standarden SIS-CEN/TS 14405:2004 (SIS, 2005). Tre replikater utfördes. Prover togs och analyserades vid LS 0,3, LS 2, LS 5, LS 8 och LS 10. Egentligen skulle första provet tas vid LS 0,1 men detta var inte möjligt därför att materialet hade så hög utgångsvattenhalt att LS 0,1 var redan överskriden från början. Första provet togs när ungefär 50 ml provvätska hade samlats i flaskorna och analyserades enbart på metaller (pga av provmängden var så liten). Proverna analyserades på klorid, sulfat, DOC a, IC b, TC c, totalhalt kväve, ammonium-kväve och metaller. Pga. kostnaderna analyserades metaller enbart vid LS 0,3, LS 2 och LS 8. Lakning i försöksmodell beskrivs i kapitel 8. 3 MATERIAL OCH METODER FÄLTFÖRSÖK 3.1 Design fältförsök Fältförsöket genomförs i tre etapper. Provyta 1A byggdes i sommaren 2005 på ca 800 m 2. I augusti 2006 utökades ytan med yta 1B. Storleken av yta 1B är okänd hittills men ska mätas in. Provyta 2 är planerad till våren 2007 på en yta av 1500 m 2. Täckskiktets design och materialen som användes/ska användas redovisas i Figur 1. Provyta 1 Provyta 2 växtskikt kompost kompost skyddsskikt Kompost Aska Slam Jord (schaktmassor) Aska Slam Jord (schaktmassor) 1,7 m dränering geotextil Ljusbågsugnsslagg 1+2 (8-60mm) Ljusbågsugnsslagg 1+2 (35-60mm) 0,3 m tätskikt 50 % ljusbågsugnsslagg 1+2 (<8 mm) 50 % skänkslagg (<20 mm) 65 % ljusbågsugnsslagg 1+2 (<35mm) 35 % ljusbågsugnsslagg 4+skänkslagg 0,7 m geotextil utjämning Schaktmassor, gatsopningssand Avfall Schaktmassor, gatsopningssand Avfall ca. 0,5 m Figur 1 Design av provyta 1 (till vänster) och provyta 2 (till höger), procentuppgifter i vikt-% a DOC: dissolved organic carbon (löst organiskt kol) b IC: inorganic carbon (inorganiskt kol) c TC: total carbon (totalhalt kol)

4 Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi Provytorna instrumenteras med 10 lysimetrar var, som ligger under tätskiktet och är till för att mäta mängden lakvatten som perkolerar genom tätskiktet. Under tätskiktet läggs dessutom tre horisontala sonder och i skyddsskiktet tre vertikala sonder. Varje sond innehåller tre temperaturmätpunkter. Temperaturen registreras med hjälp av logger så att temperaturförloppet kan uppföljas via Internet. Till varje sond fästas en gasslang så att gasprover kan tas. Installering av utrustning för mätning av sättningar är planerad. En noggrannare beskrivning av fältexperimentet finns i delrapport 2 (Andreas, Herrmann, et al., 2006). 3.2 Provtagning Vid två provtagningstillfällen togs gas- och lakvattenprover. Den första provtagningen skedde i augusti 2006, den andra i december 2006. 4 RESULTAT LABORATORIEFÖRSÖK 4.1 Hydraulisk konduktivitet av stålslagg Under den första månaden minskade den hydrauliska konduktiviteten, därefter blev den relativt stabil (omkring 10-10 m s -1 ), se figur 1. Medelvärde för varje prov beräknades från tidpunkten då den hydrauliska konduktiviteten hade blivit relativt stabil, vilket inträdde ca 26 dagar efter försöksbörjan. Medelvärdet av de tre parallella proverna beräknades till 9,8 10-11 m s -1, med en standardavvikelse av 2,4 10-11 m s -1 och en variationskoefficient a av 24 %. a variationskoefficient = standardavvikelse / medelvärde (dimensionslös)

Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi 5 1,00E-07 120 Hydraulisk konduktivitet [m/s] 1,00E-08 1,00E-09 1,00E-10 1,00E-11 100 80 60 40 20 Kumulativ vattenmängd [ml] 1,00E-12 1 2 4 5 9 13 19 22 26 28 34 35 43 48 50 54 60 64 69 72 77 78 83 Tid [dagar] 0 Prov 1 Prov 2 Prov 3 Kumulativ vattenmängd [ml] Figur 1 Hydraulisk konduktivitet på tre prover och genomströmmande vattenmängd (kumulativt) över tiden 4.2 Lakförsök på skyddsskiktsmaterialet 4.2.1 Två-stegs skaktest Resultat från skaktesterna som utfördes vid LS 2 och 8 samt vid LS 10 redovisas i Tabell 1.

6 Tabell 1 Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi Resultat på batch testerna (n = 3) samt EU gränsvärden för inert avfall (EU, 2002)och LS 10 skaktest på ett liknande material från Tveta återvinningsanläggning för jämförelse SS-EN 12457-3 SS-EN 12457-3 SS-EN 12457-4 EU gränsvärden Tveta LS 10 unit LS2 LS8 LS 10 LS2 LS 8 LS 10 conductivity 2890 538 943 4177 temperature 25,27 22,60 25,90 - ph 8,50 8,66 8,28 11,56 redox potential 0 0 244,7 chloride mg/kg 129,41 136,88 40,79 550 800 NH4-N mg/kg 128,85 85,75 13,69 93 TOT-N mg/kg 179,88 154,91 294,70 178,33 TOC mg/kg 379,78 549,62 811,39 IC mg/kg 0,96 3,35 1,74 Sulfat ia a ia ia 560 1000 0 Järn, Fe mg/kg 1,04 3,54 1,17 0,07 Kadmium, Cd µg/kg 1,28 1,60 1,36 30 40 0,38 Kalcium, Ca mg/kg 107,79 173,10 582,75 398,07 Kalium, K mg/kg 873,99 713,69 1262,63 152,5 Kobolt, Co µg/kg 26,80 23,70 41,76 14,8 Koppar, Cu µg/kg 250,54 255,65 330,23 900 2000 4095 Krom tot, Cr µg/kg 47,20 20,37 126,26 200 500 1,08 Kvicksilver, Hg µg/kg 0,17 0,80 0,97 3 10 <0,02 Litium, Li µg/kg 5,77 8,52 21,37 Magnesium, Mg mg/kg 19,23 39,15 116,55 <0,2 Mangan, Mn µg/kg 54,19 202,39 359,36 1,59 Tallium, Tl µg/kg 1,75 7,99 9,71 Molybden, Mo µg/kg 256,37 274,29 524,48 300 500 Natrium, Na mg/kg 159,07 114,51 223,39 266,74 Nickel, Ni µg/kg 103,13 98,53 135,98 200 400 258,50 Tenn, Sn µg/kg 15,56 7,99 20,40 Selen, Se µg/kg 12,82 26,63 58,28 60 100 Silver, Ag µg/kg 1,75 7,99 9,71 Strontium, Sr µg/kg 349,60 447,39 1651,13 Titan, Ti µg/kg 68,75 181,09 174,83 Uran, U µg/kg 15,85 26,36 32,05 Vanadin, V µg/kg 22,14 109,18 67,02 Zink, Zn µg/kg 63,51 157,12 145,69 2000 4000 23,35 Aluminium, Al µg/kg 2913,31 16510,72 4564,89 0,00 Antimon, Sb µg/kg 9,32 26,63 29,14 20 60 Arsenik, As µg/kg 16,26 35,15 41,76 100 500 12,8 Barium, Ba µg/kg 157,32 207,72 631,31 7000 Beryllium, Be µg/kg 1,75 7,99 9,71 Bly, Pb µg/kg 4,02 14,11 8,74 200 500 <2 Bor, B µg/kg 1445,00 3035,84 3690,76 a ia: inte analyserat 2000 0 141

Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi 7 4.2.2 Kolonntest Mätningarna på lakvatten från kolonntestet redovisas i Tabell 2 och Tabell 3. Gränsvärden för nickel och molybden är överskridna (Tabell 2). Fluorid, klorid, DOC, TC, IC, NH4-N och TOT-N analyserades inte (därför att mängden provvätska var för liten vid LS 0,3) och kan därför inte jämföras med gränsvärden. Förloppet av lakningen redovisas i Tabell 3, Figur 2 och Figur 3.

8 Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi Tabell 2 Analysresultat på lakvatten från kolonntestet vid LS 0,3 (n = 3) jämfört med EU-gränsvärden för inert avfall Analysresultat EU gränsvärden på lakvatten vid för inert avfall a LS 0,3 ph innan filtrering 8,0 - ph efter filtrering 8,0 - Temperatur( C) 22,2 - Elektrisk konduktivitet (ms/cm) 7,5 - Redoxpotential (mv) 274,5 - Flourid (mg/l) inte analyserat 2,5 Klorid (mg/l) inte analyserat 460 DOC (mg/l) inte analyserat 0,3 TC (mg/l) inte analyserat - IC (mg/l) inte analyserat - NH 4 -N (mg/l) inte analyserat - TOT-N (mg/l) inte analyserat - Sulfat SO 4 2- (mg/l) inte analyserat 1500 Beryllium, Be (µg/l) <1 - Kadmium, Cd (µg/l) 0,49 20 Arsenik, As (µg/l) 12,63 60 Vanadin, V (µg/l) 8,27 - Silver, Ag (µg/l) <1 - Koppar, Cu (µg/l) 96,33 - Aluminium, Al (µg/l) 152,33 - Zink, Zn (µg/l) 250 1200 Mangan, Mn (µg/l) 323,33 - Barium, Ba (µg/l) 203,33 4000 Krom tot, Cr (µg/l) 20, 7 100 Antimon, Sb (µg/l) 5,33 100 Bly, Pb (µg/l) 1,9 150 Litium, Li (µg/l) 9,13 - Bor, B (µg/l) 706,67 - Molybden, Mo (µg/l)o 226,67 200 Tallium, Tl (µg/l) 1 - Uran, U (µg/l) 21,83 - Kobolt, Co (µg/l) 32,33 600 Kvicksilver, Hg (µg/l) <0.10 2 Strontium, Sr (µg/l) 1333,33 - Nickel, Ni (µg/l) 370,67 120 Selen, Se (µg/l) 34 40 a gränsvärden för kolonntest vid LS 0,1 (EU, 2002)

Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi 9 Tabell 3 Analysresultat på lakvatten från kolonntestet (n = 3) vid olika LS jämfört med gränsvärden uppsatt för Tveta återvinningsanläggningen i Södertälje, nd: not detected (inte analyserat) LS Tveta riktvärden 0,3 2,2 5,2 8,2 10,5 - ph innan filtrering 8,0 8,3 8,1 8,1 7,9 - ph efter filtrering 8,0 8,2 8,2 8,1 8,0 - Temperatur( C) 22,2 20,7 21,0 20,2 20,4 - Elektrisk 7,5 0,8 0,4 0,2 0,2 - konduktivitet (ms/cm) Redoxpotential (mv) 274,5 214,4 260,3 264,6 209,1 - Flourid (mg/l) - Klorid (mg/l) nd 11,40 2,33 1,93 1,93 - DOC (mg/l) nd 151,16 67,33 36,36 31,32 150 TC (mg/l) nd 184,44 105,77 51,54 43,90 - IC (mg/l) nd 33,29 38,22 15,35 12,58 - NH 4 -N (mg/l) nd 5,60 4,62 3,03 2,31 5 TOT-N (mg/l) nd 5,70 5,42 3,42 2,50 50 Sulfat SO 2-4 (mg/l) nd 516,67 15,33 2,67 <2 - Beryllium, Be (µg/l) <1 <1 nd <1 nd - Kadmium, Cd (µg/l) 0,49 0,27 nd 0,11 nd 7 g/år Arsenik, As (µg/l) 12,63 9,33 nd 3,87 nd 350 g/år Vanadin, V (µg/l) 8,27 8,00 nd 2,63 nd - Silver, Ag (µg/l) <1 <1 nd <1 nd - Koppar, Cu (µg/l) 96,33 22,67 nd 8,33 nd 210 g/år Aluminium, Al (µg/l) 152,33 503,33 nd 576,67 nd - Zink, Zn (µg/l) 250,00 91,00 nd 388,33 nd - Mangan, Mn (µg/l) 323,33 65,67 nd 106,00 nd - Barium, Ba (µg/l) 203,33 63,67 nd 9,63 nd - Krom tot, Cr (µg/l) 20,67 5,73 nd 3,17 nd 350 g/år Antimon, Sb (µg/l) 5,33 2,00 nd <1 nd - Bly, Pb (µg/l) 1,90 1,23 nd 0,80 nd 70 g/ år Litium, Li (µg/l) 9,13 1,70 nd 1,70 nd - Bor, B (µg/l) 706,67 816,67 nd 366,67 nd - Molybden, Mo 226,67 216,67 nd 22,00 nd - (µg/l)o Tallium, Tl (µg/l) 1,00 <1 nd <1 nd - Uran, U (µg/l) 21,83 5,27 nd 1,33 nd - Kobolt, Co (µg/l) 32,33 14,00 nd 3,83 nd - Kvicksilver, Hg <0.10 <0.13 nd <0.13 nd - (µg/l) Strontium, Sr (µg/l) 1333,33 106,67 nd 48,00 nd - Nickel, Ni (µg/l) 370,67 46,00 nd 9,03 nd 1,05 kg/år Selen, Se (µg/l) 34,00 4,67 nd <3 nd 3 kg/år

10 Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi ph DOC NH4-N TC TOT-N 1000,0 DOC, TC, TOT-N, NH4-N (mg/l), ph (-) 100,0 10,0 1,0 0 2 4 6 8 10 12 LS (l/kg) Figur 2 ph och lakningsbeteende av DOC, TC, TOT-N, NH 4 -N mätt i kolonnförsöket 1000 As V Cu Al Zn Cr Mo Ni Koncentration ( μg/l) 100 10 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 LS (l/kg) 9 Figur 3 Lakningsbeteende av några metaller i kolonntestet 5 RESULTAT FÄLTFÖRSÖK (PROVYTA 1) 5.1 Lakvatten, dränvatten, nederbörd Resultat på analyser av lakvattenproverna redovisas i Tabell 4.

Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi 11 Tabell 4 Mätningar på lakvattnet från lysimetrarna vid två provtagningstillfällen, Lys: Lysimeter Lys 1 Lys 2 Lys 3 Lys 4 Lys 5 Lys 6 Lys 7 Lys 8 Lys 9 Provtagning 2006-08-29/31 Mängd lakvatten l 0,21 0,1 0,64 0 2,3-15,3 9,6-7,8 Temperatur C 18 18,5 18-17 - 17 16-17,8 ph - - - 8,3-8,3-12,5 11,4-11,5 Elektrisk ms/c konduktivitet m 1,569 1,097 0,235-0,161-3,39 0,774-0,758 Järn, Fe mg/l 0,36 0,4-0,15 - <0.06 <0.05-0,07 Kadmium, Cd µg/l 0,2 0,14-0,15-0,81 0,81-0,84 Kalcium, Ca mg/l 220 26-23 - 38 9,8-9,2 Kalium, K mg/l 26 7,4-4,1-48 14-8,6 Kobolt, Co µg/l 4,6 1,3-0,27-0,88 1,7-1,1 Koppar, Cu µg/l 7,6 7,8-4,3-45 72-40 Krom tot, Cr µg/l 2,2 1,8 - <0.5-3,7 1,3-0,6 Kvicksilver, Hg µg/l <0.1 <0.1 - <0.1 - <0.1 <0.1 - <0.1 Litium, Li µg/l 14 2,7-1,9 - <1 <1 - <1 Magnesium, Mg mg/l 33 3,7-3,1 - <0.1 <0.1-0,2 Mangan, Mn µg/l 640 280-280 - 2,7 9,7-3,6 Tallium, Tl µg/l <1 <1 - <1 - <1 <1 - <1 Molybden, Mo µg/l 61 66-64 - 450 410-430 Natrium, Na mg/l 22 7,1-4 - 310 150-110 Nickel, Ni µg/l 29 14-5 - 2,6 22-11 Tenn, Sn µg/l 7,2 11-2,7-5,3 6,7-13 Selen, Se µg/l 4 <1-4 - 16 15-13 Silver, Ag µg/l <1 <1 - <1 - <1 <1 - <1 Strontium, Sr µg/l 920 100-81 - 390 40-36 Titan, Ti µg/l 71 36-7 - 28 6-6 Uran, U µg/l 14 63-8,7-0,68 19-74 Vanadin, V µg/l 5,6 1,3 - <1-96 180-180 Zink, Zn µg/l 58 79-11 - 16 9-15 Aluminium, Al µg/l 350 290-44 - 4500 2500-2200 Antimon, Sb µg/l 2 1 - <1-1 2-3 Arsenik, As µg/l 2,1 11-9,9-4,9 19-20 Barium, Ba µg/l 480 84-46 - 45 12-15 Beryllium, Be µg/l <1 <1 - <1 - <1 <1 - <1 Bly, Pb µg/l 2,2 3,5-2,4-1,2 1,5-0,8 Bor, B µg/l 150 81-28 - 55 45-33 Klorid, Cl- mg/l 15,5 19,4-13,1-13,2 11,3-12,1 NH4-N mg/l 1,33 5,22-0,659-6,03 4,60-3,91 TOT-N mg/l 170 11,1-12,7-27,9 35,9-34,8 TOC mg/l 71 100-108 - 185 179-115 IC mg/l 0,163 12,5-0,013-0,015 0,641-23,6 Provtagning 2006-12-05 Mängd lakvatten l 1,5 0,4 0,32 1,35 30,2-10 - 51,02 10 Temperatur C 10 9,5 9 9,5 10-11,5-11 11,5 ph - 11 7,8 8 12,4 12,4-12,5-12,3 12,3 Elektrisk ms/c konduktivitet m 0,719 1,084 0,239 3,87 3,44-4,13-2,63 2,31 Lys 10

12 Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi Dränvattenmängderna (vatten från dräneringsskiktet som samlas i en brunn i hörnet av provytan) är väldigt låga jämfört med lakvattenmängderna (Figur 4). Mätningar av nederbördsmängder och omgivningstemperatur finns tillgängliga i Hagfors. I dagsläget har bara datat fram till 31/8 skickats till Luleå som redovisas i Figur 4. Temperatur Lys 1 Lys 2 Lys 3 Lys 4 Lys 5 Lys 7 Lys 8 Lys 9 Lys 10 Nederbörd Dränvatten Temperatur 30 25 20 15 10 5 0 2006-04-28 2006-07-11 2006-09-23 2006-12-06 70 60 50 40 30 20 10 0 Vattenmängd (l/m 2 ) Figur 4 Temperatur och nederbörd i Hagfors (maj - augusti 2006) och lakvattenmängder i lysimetrarna vid två olika provtagningstillfällen, Lys: Lysimeter 5.2 Gas sammansättning ovan och nedanför tätskiktet 100 H2 O2 N2 CH4 CO2 Gassammansättning (%) 80 60 40 20 0 A1aug A1dec A2aug A2dec A3aug A3dec B1aug B1dec B2aug B2dec B3aug B3dec C1aug C1dec C2aug C2dec C3aug C3dec Figur 5 Gassammansättning under tätskiktet (sonder A, B, C)

Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi 13 H2 O2 N2 CH4 CO2 100 80 60 40 20 0 AV1aug AV1dec AV2aug AV2dec AV3aug AV3dec Gassammansättning (%) BV1aug BV1dec BV2aug BV2dec BV3aug BV3dec Figur 6 Gassammansättning i skyddsskiktet (sonder AV, BV) 6 DISKUSSION 6.1 Hydraulisk konduktivitet av stålslagg Den uppmätta hydraulisk konduktivitet kan anses som låg. Svensk lagstiftning föreskriver att mängden lakvatten som passerar genom täckningen inte ska överskrida 50 liter per kvadratmeter och år för deponier för icke-farligt avfall (Miljödepartementet, 2001) vilket innebär att kravet som ställs till tätskiktets hydrauliska konduktivitet är tillnärmelsevis 1,4 10-9 m s -1. Detta värde beräknades för ett 0,7 m tjockt tätskikt under antagandet att 10 cm vatten permanent står ovanpå tätskiktet vilket skulle resultera i en 0,7m*0,1m gradient av I = = 1,14. 0,7m Den testade materialblandningen uppfyller kravet med god marginal. Vid användning av materialet i fält finns dock risk för sprickbildning pga. t ex ojämna sättningar från hushållsavfallet. Materialet måste följaktligen testas i storskaligt fältförsök för att kunna bekräfta laboratorieresultatet. Den genomsnittliga kumulativa vattenmängden som har strömmat igenom kolonnerna inom 83 dagar summeras till 103,6 ml (figur 1). Mängden torrt material i kolonnerna var ungefär 1590 g. L/S kvoten (liquid to solid ratio) som uppnåddes i kolonnerna är därmed ungefär 0,07 l kg -1. Tätskiktet inom provyta 1 på Hagfors deponi är 0,7 m tjockt. Med en hydraulisk konduktivitet av 9,8 10-11 m s -1 är den årliga L/S kvoten som uppfylls per m 2 0,002 l kg -1. I fält skulle det alltså ta ungefär 35 år att uppfylla LS kvoten som uppmättes i laboratoriet hittills. Detta betyder att den hydrauliska konduktiviteten i tätskiktet förmodligen kommer att vara relativt stabil under de närmaste 35 åren. Denna uppskattning är dock inte tillräckligt noggrant därför att den är en jämförelse mellan laboratorie- och fältförhållanden vilka skiljer sig åt. Följaktligen behövs resultat från fältförsöket för att kunna verifiera laboratorieförsöket.

14 Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi 6.2 Lakförsök på skyddsskiktsmaterialet 6.2.1 Två-stegs skaktest Jämförelsen av resultaten med EU gränsvärdena för inert avfall (Tabell 1) visar att materialet klarar dessa gränsvärden och kan anses som inert avfall. Sulfat har inte analyserats och kan därför inte jämföras med gränsvärdena. Slammet som ska ingå i skyddsskiktsmaterialet är känt för höga Zn halter men även Zn klarar gränsvärdet. Skaktestet på LS 10 genomfördes för att jämföra med ett liknande material som hade undersökts på Tveta återvinningsanläggningen i Södertälje. Jämfört med Tveta materialet visar Hagfors materialet högre halter i Zn, Al och Mn (Tabell 1). 6.2.2 Kolonntest De olika LS stegen i försöket kan beräknas motsvara ett visst antal år på Hagfors kommunala deponi (Figur 7). Det tar t.ex. ungefär 73 år att uppnå LS 10,5 under antagandet att omkring 2 l m -2 år -1 perkolerar genom skyddsskiktet. Utgångshalterna av Mo och Ni överskrider EU gränsvärden för inert avfall (Tabell 2). Gränsvärdet för Mo och Ni är 200 och 120 μg/l. Materialet klarar detta värde vid LS 2,4 och 1 (Figur 3) vilket motsvarar 17 och 7 år i Figur 7. På detta sätt kan uppskattas att dränvattnet som perkolerar igenom skyddsskiktet kommer att behöva behandlas i 17 respektive 7 år med hänsyn till Mo respektive Ni. Detta är dock en grov uppskattning eftersom laboratorieresultat överförs till fält med reservation. T.ex. kan faktorerna som påverkar lakningen se annorlunda ut i fält än i laboratoriet. Tid (år) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10 12 LS (l/kg) Figur 7 Tiden de olika LS stegen i försöket motsvarar på deponin På Tveta återvinningsanläggningen i Södertälje finns det provisoriska föreskrifter för halten respektive mängden föroreningar i behandlat lakvatten före utsläpp i lokal recipient (Tabell 3). Om dessa riktvärden används på Hagfors deponin så överskrids varken halten eller mängden föroreningar. Detta beror delvis på att provytan på Hagfors deponin är så liten som 1200 m 2. Riktvärdena från Tveta går alltså inte att använda på Hagfors deponin. Resultaten från kolonntestet borde jämföras och bedömas under användning av Hagfors riktvärden. Lakningen av kväve och organsikt kol blir mindre med tiden medan ph värdet är relativt konstant (Figur 2). Eftersom kväve och organiskt kol inte har analyserats i det första lakvattnet (LS 0,3) är det inte möjligt att jämföra med gränsvärdena. Lakning av

Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi 15 klorid och fluorid är också svårt att bedöma eftersom det inte har analyserats i det första lakvattnet. Deras halter i lakvattnet minskar dock kraftigt med tiden (Tabell 3). 7 SLUTSATSER 7.1 Hydraulisk konduktivitet i laboratorieförsök - Den hydrauliska konduktiviteten av stålslaggsblandningen som innehöll 65 % EAF1/2 och 35 % EAF4/LS bestämdes till 9,8 10-11 m s -1, med en standardavvikelse av 2,4 10-11 m s -1 och en variationskoefficient av 24 %. - Den testade materialblandningen uppfyller genomsläpplighetskravet enligt svensk lagstiftning. - En beräkning beträffande stabiliteten visade att den hydrauliska konduktiviteten i tätskiktet troligtvis inte kommer att öka inom de närmaste 35 åren. Beräkningen baserar dock på resultat från laboratoriet och behöver verifieras i fält. 7.2 Lakningsförsök skyddsskiktsmaterial Enligt kolonnförsöket överskrider materialet gränsvärden för inert avfall med avseende på Mo och Ni. Dräneringsvattnet behöver behandlas i ungefär 17 respektive 7 år innan det skulle klara dessa gränsvärden. Analysresultaten från kolonntestet borde jämföras med riktvärden för behandlat lakvatten på Hagfors deponi. Enligt två-stegs skaktestet klarar materialet EU grändvärdena för inert avfall. Pga. att materialet är organsikt kan dock kväve eller DOC lakning vara problematisk 7.3 Fältförsök Hittills ligger vattenmängderna som tränger igenom tätskiktet mindre än 50 l m -2 år -1. För att mera pålitligt kunna bedöma slaggernas prestanda behövs dock en längre mätningsperiod. 8 PÅGÅENDE FÖRSÖK 8.1 Lakning från skyddsskiktsmaterialet i försöksmodell Om en blandning av slam, aska och schaktmassor (se kapitel 2.2) används som skyddsskiktsmaterial, är det risk för utlakning av t.ex. kväve och tungmetaller. Materialblandningen testas i stora kolonner (Figur 8). Tre replikater utförs. Varje kolonn bevattnas med 5 l destillerat vatten per vecka. Försöket pågår ett år. På slutet av året uppnås på så sätt en LS av 4,4 vilket på Hagfors deponin skulle uppnås i ca. 30 år. Vid några provtagningar som fördelas över året analyseras lakvattnet på metaller, sulfat, klorid, kväve, totalt kol och organsikt kol. På detta sätt kan materialets lakningsbeteende bedömas. Försöket liknar kolonntestet som har genomförts (se kapitel 2.2.2) med är i mycket större skala vilket resulterar i mera realitetsnära resultat. Dessutom pågår försöket under en mycket längre tid för att ta hänsyn till kemiska och biologiska

16 Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi omsättningar i materialet. De föregående lakningstesterna har dessutom visat att lakning av metall inte är problematiskt. Därför ska detta försök fokusera på lakning av kväve och organiska ämnen. Figur 8 Lakningsförsök på skyddsskiktsmaterialet i stora kolonner 8.2 Mineralomvandling i stålslagg När stålslagg används i tätskiktskonstruktioner är det viktigt att ha en uppfattning om långtidsbeteendet av slaggerna. Det är möjligt att mineralomvandlingar i materialet leder till antingen högre eller lägre genomsläpplighet med tiden. Långtidsbeteendet undersöks med ett faktorförsök där olika faktorers påverkan på mineralbildningen testas. Under användning av modeller som kan skapas t.ex. med multipel linjär regression, kan mineralomvandlingen i stålslagg i tätskikt förutsägas (baserat på försöksresultatet). Sen är det möjligt att bedöma om slaggerna är lämpliga för användning i tätskikt med avseende på långtidsbeteendet. Faktorerna dess påverkan på mineralomvandlingar testas samt deras nivåer redovisas i Tabell 5. Faktorerna och deras inställningar valdes utifrån möjliga situationer i fält. Försökets design illustreras i Figur 9. Försöket startades i början av december 2006.

Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi 17 Proverna består av 50 % ljusbågsugnsslagg 1+2 och 50 % skänkslagg som kompakterades direkt i ett rör med en vattenhalt på 10 %. Proverna har en diameter av 50 mm och en höjd av ca 40 mm. 32 prover framställdes som fick härda i ca en månad under vattenmättad atmosfär innan de sattes i lådorna (Figur 9). 4 lådor står i en ugn vid 60 C, de andra 4 står i ett kylskåp vid 5 C. Den höga relativa luftfuktigheten åstadkoms genom att leda luften resp. CO 2 genom vatten (Figur 9) medan den låga relativa fuktigheten försöks nås med hjälp av en övermättad saltlösning (Figur 9). CO 2 halten styrs genom att pumpa antingen luft (låg halt CO 2 ) eller ren CO 2 genom lådorna (hög halt CO 2 ). CO 2 -gasen leds från gasflaskan i gaspåsar innan den pumpas i lådorna. Proverna ska undersökas med röntgendiffraktion och infraröd spektroskopi efter 1 månad, 6 månader och 1 år. På detta sätt ska undersökas om och hur mineralbildningen och omvandlingen förändras med tiden. Tabell 5 De undersökta faktorerna och deras nivåer Faktorer lågnivå högnivå Relativ luftfuktighet 30 % 100 % CO 2 halt i luften 0,03 % 100 % Temperatur 5 C 60 C Tid a 1 månad 1 år a prover ska också tas och analyseras efter 6 månader vilket ger en centrumpunkt för denna faktor Låda med 4 prov pump CO 2 eller luft Vatten (används bara till prover som ska stå vid hög luftfuktighet) Figur 9 Försöksarrangemang 8.3 Geoteknisk stabilitet: enaxligt tryckförsök Sjuvhållfastheten i stålslagg bestäms i enaxligt tryckförsök på en blandning av 50 % LS, EAF 1 och EAF 2. Vattenhalten var 10 %. Proverna (5 replikater) kompakterades och fick härda under vattenmättad atmosfär i mer än en månad innan testet utfördes. I samma försök bestäms elasticiteten i materialet. Resultat förväntas innan jul 06.

18 Sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi 9 REFERENSER Andreas, L., Herrmann, I., Larsson, M. L. and Lagerkvist, A. (2006) Användning av stålslagg i sluttäckning av Hagfors kommunala deponi: Byggrapport provyta 1, Delrapport II. 2006-2-04, MiMeR (Minerals and Metals Recycling Research Centre), Luleå. EU (2002) "Council Decision establishing criteria and procedures for the acceptance of waste at landfills pursuant to Article 16 and Annex II of Directive 1999/31/EC." Document 14473 ENV 682. Council of the European Union, Brussels. Herrmann, I., Hamberg, R., Andreas, L. and Larsson, M. L. (2006) Användning av stålslagg i sluttäckningen av Hagfors kommunala deponi: materialundersökningar i laboratorieskala, Delrapport 1 (Use of steel slag in the top cover of the municipal landfill in Hagfors: Material testing on laboratory scale, Report No 1) (in Swedish). Report No. 2006-2-05, MiMeR (Minerals and Metals Recycling Research Centre), Luleå. Miljödepartementet (2001) Förordning (2001:512) om deponering av avfall (Ordinance on the landfilling of waste), SFS nr: 2001:512. Stockholm, Sweden. SIS (1989) Svensk standard (Swedish Standard) SS 027111, Geotekniska provningsmetoder - Bestämning av permeabilitet (Geotechnical tests - Determination of permeability) (in Swedish). Stockholm. SIS (1994) Swedish Standard SS 027109, Geotechnical tests-compaction properties- Laboratory compaction (in Swedish). SIS-Standardiseringskommissionen i Sverige, Stockholm. SIS (2003) SS-EN 12457-3, Karaktärisering av avfall - Laktest - Kontrolltest för utlakning från granulära material och slam - Del 3: Tvåstegs skaktest vid L/S 2 l/kg och L/S 8 l/kg för material med hög fastfashalt och med partikelstorlek mindre än 4 mm (utan eller med nedkrossning). Swedish Standards Institute, Stockholm. SIS (2005) Karaktärisering av avfall - Bestämning av lakegenskaper - Uppströms perkolationstest (under bestämda förhållanden). Swedish Standards Institute, Stockholm.