Utvärdering av fullskaleanvändning av askor och andra restprodukter vid sluttäckning av Tveta Återvinningsanläggning Telge AB/Telge Återvinning AB Luleå tekniska universitet Gustav Tham & Lale Andreas 1
2
Nyttan av projektet Övergripande mål: att nyttja askor och andra restprodukter (avfall) för konstruktionsändamål Energibesparingspotential/ekonomisk nytta: spara på ändliga resurser på bekostnad av nya deponier, materialåtervinna avfall, minskade transportkostnader. Praktisk tillämpning: sluttäckning av deponi, anläggning av dammar, vägar Nyhetsvärde: att (vissa) restprodukter är väl så bra som naturmaterial 3
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 4
Materialen i testytorna 5
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] 6
Packningsegenskaper och hydraulisk konduktivitet 1,35 1,30 Åa+15% P1s, compacted directly after mixing 1,4 10-9 Slangfilteraska panna 1 Åa + 15 % P1s Åa+15% P1s, compacted 6 hours after mixing with water 1,35 1,35 1,30 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] 1,35 1,30 Åa + 15% P3s, compacted directly after mixing 1,05 20 25 30 35 40 45 50 moisture content w [%TS] Slangfilteraska panna 3 Åa + 15 % P3s 6,9 10-10 1,35 1,30 Åa + 15% P3s, compacted 6 h after mixing 1,05 1,35 1,30 20 25 30 35 40 45 50 moisture content w [%TS] 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] 7
Packningsegenskaper i fält Material / blandning Åldrad bottenaska (<6 mm) +8-10 % Friedlandlera Flygaska 50% flygaska + 50% bottenaska Åldrad bottenaska (<6 mm) +15-30 % elfilteraska alt. +5-10 % LD slagg Torrdensitet i labb [t/m 3 ] 1,4-1,6 1,1-1,4 1,4 1,2-1,5 Torrdensitet i fält [t/m 3 ] 0,9-1,1 0,8-1,5 25 prov: 1,12 (CV 16 %) 1,0-1,5 12 prov: 1,26 (CV 14 %) ej testad CV = coefficient of variation Torrdensitet ca 10 % lägre i fält 8
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 9
Kväveutlakning från skyddsskiktsmaterial 2 500 1500 2 000 y = 3071,5e -2,2696x R 2 = 0,9162 1200 900 600 300 Ntot [mg/l] 1 500 1 000 500 y = 1973,9e -2,0848x R 2 = 0,9533 0 Drain 1 Drain 2 Drain 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 L/S kvot [l/kg TS] 0 Tid i fält [år] 200 400 600 800 1000 1200 Time (days) 10
Kväveutlakning från skyddsskiktsmaterial 2 500 2 000 y = 3071,5e -2,2696x R 2 = 0,9162 Ntot [mg/l] 1 500 1 000 Ntot Tve1 Ntot Tve2 Ntot 50 mg/l 500 y = 1973,9e -2,0848x R 2 = 0,9533 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0 4 8 12 16 20 24 L/S kvot [l/kg TS] Tid i fält [år] 11
Klorid- och TOC-utlakning från skyddsskiktsmaterial 3 500 3 000 y = 3970,98e -1,45x R 2 = 0,98 Klorid Tve1 Klorid Tve2 Klorid 460 mg/l 1 400 1 200 y = 1147,86e -1,00x TOC Tve1 TOC Tve2 TOC 160 mg/l 2 500 1 000 R 2 = 0,91 Klorid [mg/l] 2 000 1 500 TOC [mg/l] 800 600 1 000 400 500 y = 2719,82e -1,65x R 2 = 0,98 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 200 y = 836,01e -1,46x R 2 = 0,85 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0 4 8 12 16 20 24 0 4 8 12 16 20 24 L/S kvot [l/kg TS] Tid i fält [år] L/S kvot [l/kg TS] Tid i fält [år] 12
Långtidsemissioner från skyddsskiktet Gränsvärde [mg/l] L/S-kvot till gränsvärdet underskrids [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 * N tot 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. 13
Släntdesign för provytorna 14
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 15
Instrumetering fältförsök - Lysimetrar 16
Tveta fältförsök - lakvattenmängder Provyta Provtagning yta7 yta6 yta4 yta3 yta2 yta1 mars -04 2 27 april -04 1 21 maj -04 1,4 juni -04 0,2 september -04 1,1 december -04 93 april -05 132 juni -05 22 september -05 0,3 2,1 0,1 69 18 december -05 3 22 0,2 18 april -06 4 32 40 163 juni -06 48 16 55 december -06 4 101 54 17 7 87 juni -07 5 37 10 38 14 173 november -07 1,6 0,2 29,5 0 0 17 Total vattenmängd [liter per 10 lys.]* 16 221 174 55 93 827 Hela perioden, l/m 2 *år 0,8 11,4 7,7 2,0 2,6 21,9 första provtagning * hittills sedan sluttäckning av respektive yta, summa för 10 lys./yta 17
Tveta fältförsök - lakvattenmängder 35 Insamlat lakvatten [l/m 2 a] 30 25 20 15 10 5 År 1 År 2 År 3 År 4 0 yta7 yta6 yta4 yta3 yta2 yta1 18
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 19
Utläggningsteknik 20
Uppföljning av ytorna (aug 2007) 21
Tätskiktet 22
TS-halt i tätskiktet Tveta Yta 4 tätskikt Tveta Yta 1 tätskikt 75% 75% TS [% v.v.] 70% 65% n = 5 n = 1 n = 5 70% 65% n = 6 n = 3 n = 3 n = 4 60% 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 Djup i tätskikt [m] 60% 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 Djup i tätskikt [m] 23
Variation av fukthalt i askdeponin Borrning sep 2002 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 24
Omvandlingsprocesser 4 faser Lermineralomvandling Karbonatisering Monolitisk struktur Hydratisering 1 dag 1år 10 år 100 år 1000 år tid 25
leror B Anläggnings- och Naturlig analogier (vulkanaskor) SiO 2 CaO Träaskor - vulkanaskor Al 2 O 3 26
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 27
Utvecklingsmöjligheter Forskningsbehov: - mineralomvandling / lermineralbildning - kloridutlakning - överföring av resultat labb fält - Metodutveckling för sekundära material - naturliga analogier 28
Speciellt intressant information om projektet Prövat och godkänt i miljö- och miljööverdomstolen Hanterar även miljökonsekvenserna (påverkan på människa och miljö d v s fara + risk) 29
Referenser gustav.tham@telge.se Lale.Andreas@ltu.se www.telgeatervinning.se www.telgemiljoteknik.se 30