Utvärdering av fullskaleanvändning av askor och andra restprodukter vid sluttäckning av Tveta Återvinningsanläggning Telge AB/Telge Återvinning AB Luleå tekniska universitet Lale Andreas & Gustav Tham 1
2
Nyttan av projektet Övergripande mål: att nyttja askor och andra restprodukter (avfall) för konstruktionsändamål Energibesparingspotential/ekonomisk nytta: spara på ändliga resurser återvinna/använda avfall, minska transporter. Praktisk tillämpning: sluttäcka deponier, bygga vägar, dammar, anläggningsjordar etc Nyhetsvärde: att restprodukter kan vara väl så bra som naturmaterial
Beprövad teknik Godkänt i miljö- och miljööverdomstolen Hanterar miljökonsekvenserna FARA + EXPONERING (DOS) RISK (påverkan på människa och miljö
De olika skikten Växtskikt ( 0,3 m) Askor ingår Skyddsskikt ( 1,5 m) Dränskikt ( 0,3 m; mäktighet > kapillaritet) Tätskikt ( 1,0 m) Avjämningsskikt ( 0,3 m) (ev. gasinsamling) Avfall
Undersökningsmetod Funktionskrav för konstruktionen Erfarenheter och kunskap från tidigare försök Lagliga krav Krav avseende miljöpåverkan Materialtillgång Test av material och materialblandningar Lämpliga material Icke lämpliga material Design och utformning av sluttäckningskonstruktion Försök avs. stabilisering, förbättring av materialegenskaperna; behandling Fältförsök: test av utläggning, funktion, miljöpåverkan och beständighet Åldrings- och långtidsförsök (i labb) Icke lämpliga material Utvärdering, metodutveckling Material används inte i konstruktionen
Huvudoxider i de testade flyg- och bottenaskor 60 Flygaska Tveta 2001-03 (n=4) 50 Elfilteraska Igelsta 1995-2001 (n=13) Andel [% TS] 40 30 20 10 0 Al2O3 CaO Fe2O3 MgO SiO2 Slangfilteraska Igelsta 1999-2001 (n=8) Åldrad Bottenaska Tveta 2001-03 (n=29) Borrprover Tveta 2002 (n=20) Brunkolsaska [Rösler, (1977)] Träaska [Tekn Verk Lkp, Bäverman, 1997] BA från avfallsförbränning [TV Lkp, Bäverman 1997]
Packningsegenskaper och hydraulisk konduktivitet 1,35 1,30 Åa+15% P1s, compacted directly after mixing 1,4 10-9 1,35 1,30 Åa+15% P1s, compacted 6 hours after mixing with water 1,35 1,30 Åa+15% P1s, compacted 25 hours after mixing 1,3 10-10 Dry density [t/m3] 1,25 1,20 1,15 dry density [t/m3] 1,25 1,20 1,15 dry density [t/m3] 1,25 1,20 1,15 1,10 1,10 1,10 1,05 20 25 30 35 40 45 50 moisture content w [%TS] 1,05 20 25 30 35 40 45 50 moisture content w [%TS] 1,05 20 25 30 35 40 45 50 moisture content w [%TS] 1,35 1,30 Åa + 15% P3s, compacted directly after mixing 6,9 10-10 1,35 1,30 Åa + 15% P3s, compacted 6 h after mixing 1,35 1,30 Åa + 15%P3s, compacted 25 h after mixing 6,8 10-9 Dry density [t/m3] 1,25 1,20 1,15 dry density [t/m3] 1,25 1,20 1,15 dry density [t/m3] 1,25 1,20 1,15 1,10 1,10 1,10 1,05 20 25 30 35 40 45 50 moisture content w [%TS] 1,05 20 25 30 35 40 45 50 moisture content w [%TS] 1,05 20 25 30 35 40 45 50 moisture content w [%TS]
Packningsegenskaper i fält Material / blandning Torrdensitet i labb [t/m 3 ] Torrdensitet i fält [t/m 3 ] Åldrad bottenaska (<6 mm) +8-10 % Friedlandlera 1,4-1,6 0,9-1,1 Flygaska 1,1-1,4 50% flygaska + 50% bottenaska 1,4 0,8-1,5 25 prov: 1,12 (CV 16 %) 1,0-1,5 12 prov: 1,26 (CV 14 %) Åldrad bottenaska (<6 mm) +15-30 % elfilteraska alt. +5-10 % LD slagg 1,2-1,5 ej testad CV = coefficient of variation Torrdensitet ca 10 % lägre i fält
Utlakning och långtidsbeteendet av skyddsskiktsmaterial Fysiska modeller Tveta 1 och Tveta 2 Gas Vatten Lock (löst, ej tätt) Vatten Gas Tveta 1 Tveta 2 Skyddsskikt Skyddsskikt Skyddsskikt Dränering Dränering Grus Analys Dränvatten Analys Vatten till analys
Kväveutlakning från skyddsskiktsmaterial 2 500 500 2 000 y = 3071,5e -2,2696x R 2 = 0,9162 200 900 600 300 Ntot [mg/l] 1 500 1 000 500 y = 1973,9e -2,0848x R 2 = 0,9533 0 Drän 1 Drän 2 Drän 3 Drän 4 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0 4 8 12 16 20 24 Ntot Tve1 Ntot Tve2 Ntot 50 mg/l 0 L/S kvot [l/kg TS] Tid i fält [år] 0 10 20 30 40 50 60 70
Långtidsemissioner från skyddsskiktet Gränsvärde [mg/l] L/S-kvot till gränsvärdet under-skrids [l/kg TS] Tid tills detta** [år] Utlakad mängd tills detta [g/kg TS] N tot 50 1,8 15 1,3 TOC 160 2,0 16 1,0 Klorid 460 1,5 12 2,4 *Ntot provisorisk riktvärde för utsläpp av behandlat lakvatten från Tveta; klorid, TOC c 0 -gränsvärdena för mottagning vid deponi för inert avfall. **omräkning från labbresultat till tid i full skala gjordes under antagandet att L/S-kvoten i fält är 0,12 l/kg TS per år.
Släntdesign för provytorna
Tveta fältförsök provytor med instrumentering Yta 4 M K L Yta 7 N PQ G H I Yta 3 T S R Yta 6 A Yta 2 Sättningsmätningsslangar B C D Yta 1 Sonder E Lysimetrar Mätstuga F (Yta 5) Brunnar
Materialen i testytorna
Instrumentering fältförsök - Lysimetrar
Tveta fältförsök - lakvattenmängder Provyta Provtagning yta1 yta2 yta3 yta4 yta6 yta7 mars -04 27 2 april -04 21 1 maj -04 1,4 juni -04 0,2 september -04 1,1 december -04 93 april -05 132 juni -05 22 september -05 18 69 0,1 2,1 0,3 december -05 18 0,2 22 3 april -06 163 40 32 4 juni -06 55 16 48 december -06 87 7 17 54 101 4 juni -07 173 14 38 10 37 5 november -07 17 0 0 30 0,2 1,6 juni -08 165 23 464 25 33 12 oktober -08 24 21 553 61 23 17 Total vattenmängd [liter per 10 lys.]* 1016 137 1072 260 277 44 Hela perioden, l/m 2 *år 20,0 2,8 26,3 7,2 8,5 1,4 första provtagning * hittills sedan sluttäckning av respektive yta, summa för 10 lys./yta
Tveta fältförsök - lakvattenmängder 30 102 25 Insamlat lakvatten [l/m 2 a] 20 15 10 År 1 År 2 År 3 År 4 År 5 5 0 yta1 yta2 yta3 yta4 yta6 yta7
Utläggningsteknik
Variation av fukthalt i askdeponin Borrhål 1 Borrhål 2 Borrhål 3 Borrhål 4 Djup i meter 0,5 2,5 4,5 1,5 4,5 7,5 0,5 2,5 3,5 6,5 4,5 4,5 Djup [m] 7,5 9,5 6,5 8,5 11,5 10,5 13,5 9,5 12,5 12,5 14,5 15,5 12,5 15,5 16,5 17,5 14,5 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 Fukthalt [vikt-%] Fukthalt [vikt-%] Fukthalt [vikt-%] Fukthalt [vikt-%] Borrhål 1-4
Omvandlingsprocesser 4 faser Lermineralomvandling Monolitisk struktur Karbonatisering Hydratisering 1 dag 1år 10 år 100 år 1000 år tid
Borrning i tätskikt 2007
Skyddsskikt Tätskiktet
Siktkurva Passerande mängd vikt-[%] 100% 80% 60% 40% P1s P3s P1e P3e FA (KA-01) BA 021212 BA 030708 Fuller n = 0,4 LD (KA-01) 20% 0% 1 10 100 1000 10000 Kornstorlek [µm]
Viktiga parametrar Fukthalt 27-33% (konstant över tid) ph > 12 (hög reaktivitet) Kemiska sammansättningen Kornstorleksfördelning
leror Miljöriktig användning av askor 2009 Naturliga analogier (vulkanaskor) SiO 2 mineralomvandling CaO Al 2 O 3 Träaskor - vulkanaskor
Naturliga analogier Vulkanaska som kitt > 2000 år
Slutsatser Askorna och övriga material som undersökts inom projektet klarar väl funktionskraven för en sluttäckning Materialkarakterisering och uppföljning i fält Behandling (åldring, blandning) kan förbättra materialens egenskaper Behandling av dränvatten 10-20 år efter sluttäckning Konventionell utrustning Väderberoende Dokumentation och långsiktig uppföljning
Utvecklingsmöjligheter Mineralomvandling / lermineralbildning i askkonstruktioner Behandling av askor före användning, t ex selektiv mobilisering av kritiska element Uppföljning av sekundära material i skyddsskiktet Överföring av resultat labb i fält Långtidsuppföljningar Vidareutveckling av testmetoder för sekundära material Naturliga analogier