Författare: Johanna Krona
Laboration genomförd av:
Bakgrund ... 2 Materiel ... 3 Materiellista ... 3 Våg ... 3 Sandlåda för bestämning av pF ... 3 Koldioxidmätare ... 4 Gjuterisand ... 4 Metod ... 5 Beräkningar ... 6 Resultat ... 7 Diskussion ... 11 Felkällor ... 11 Slutsats ... 12 Referenser ... 12 Ej publicerade källor ... 12 Bilagor ... 13 Bilaga 1: MatLab-kod ... 13 Bilaga 2: Tabell med beräknad vattenhalt ... 21
koldioxidemission från torvjord. De sandinblandningar som undersöktes var ca 13 %, 33 % och 46 % gjuterisand i torvjord. Laborationen är del av ett större projekt där effekten av inblandning av gjuterisand undersöks både i fält och i laboratoriemiljö för att ge underlag till ett framtida
forskningsprojekt. Parallellt med koldioxidemission undersöktes även skjuvning och dess samband med vattenhalt, dessa resultat redovisas i en separat rapport.
Bakgrund
Ungefär 10 % av Sveriges totala åkermarksareal består av dränerade organogena jordar som kan vara antingen gyttjejordar eller torvjordar (Berglund 2008). Odling på dessa jordar, framförallt
torvjordarna, är en betydande källa till utsläpp av växthusgaser och uppskattas stå för 6-8% av Sveriges totala växthusgasutsläpp till följd av mänsklig verksamhet (Berglund 2011). När jordarna dräneras fås mer aeroba förhållanden med en ökad oxidation av organiskt material till koldioxid som följd. Vid nedbrytningen frigörs kväve vilket kan leda till lustgasemission från näringsrik och gödslad mark. När det organiska materialet bryts ner försvinner kol från marken med följden att markytan sjunker. Jorden ”odlas bort” och så småningom är grundvattenytan så hög att man får problem med bärigheten och dräneringen måste göras om.
En möjlig åtgärd för att minska emissionen av växthusgaser och därmed minska bortodlingen är att höja grundvattenytan (Kasimir-Klemedtsson et al 2000). Detta innebär dock problem med bärigheten när vattenhalten ökar. Sedan slutet av 1800-talet är det känt att man kan öka bärigheten på
torvjordar genom att blanda in sand (Osvald, 1937). Vid Sveriges metallgjuteriers verksamhet får man som biprodukt stora mängder sand med låga halter av föroreningar. Den mesta sanden används som fyllnads- och täckmassor vid deponier och byggarbeten, men varje år läggs ca 77 000 ton gjuterisand på deponi (Nayström, samtal 2014-04-04). Ett möjligt användningsområde för denna sand skulle kunna vara inblandning i torvjord förutsatt att det ger önskat resultat och att emissionen av växthusgaser inte ökas.
Materiellista
Spadar och skyfflar Tumstock
Stora hinkar
Provcylindrar med lock samt verktyg för att slå ned dem i jorden Filterpapper
Knivar
Perforerade plastbottnar till provcylindrar Tunna nylondukar och gummiband Plastbackar
Våg Precisa 500M-2000C
Sandbädd för bestämning av pF från Eikelkamp
Koldioxidmätare Vaisala MI70 med sensor Vaisala GMP343 Gjuterisand (22 liter)
Våg
Vågen som användes under laborationerna var Precisa 500M-2000C. Provernas vikt antecknades med två decimaler förutom vid första invägningen då tre decimaler antecknades.
Sandbäddför bestämning av pF
Under laborationen användes Eikelkamps sandbädd för bestämning av pF från figur 1. Lådan är fylld med syntetisk sand som täcks med ett tunt nylontyg. I lådan finns ett dräneringssystem som
kontrolleras med reglaget som syns till höger i figur 1. När sandlådan töms droppar vatten ner i ett mätglas som inte syns i bild. När vattenmängden i detta rör inte ökat på ett par dagar är dräneringen klar (Eijkelkamp 2007).
Figur 1. Instrumentet som användes för trycksättning av prover: en sandlåda för bestämning av pF från Eijkelkamp.
koldioxidmätare av modell Vaisala GMP343. I anslutning till pumpen finns även en värmare för att förebygga bildning av kondens. Två plastslangar utgår från pumpen till en förseglad behållare där proverna placeras under mätning. Behållaren är anpassad efter plastslangarna från pumpen och systemet är följaktligen lufttätt när behållaren är förseglad. I figur 2 visas konstruktionen som användes vid mätningarna. En mätning bör vara minst 3 minuter lång för att minska inverkan från loggerns osäkerhet men att mäta längre än 5 minuter är sällan nödvändigt. Under mätningen bör en koncentrationsökning på minst 100 ppm registreras, utifrån tiden det tar att få denna förändring bestäms tiden för de separata mätningarna (Berglund, samtal 2014-04-09)
Figur 2. Uppställningen vid koldioxidmätningarna. I bilden syns provbehållaren längst till vänster, loggern längst ner samt pumpen med sensorn till höger.
Gjuterisand
Vid metallgjutning använder man formar som till största delen består av sand. För att den så kallade formsanden ska bli formbar blandar man i bentonitlera som fungerar som bindemedel. Gjutningen sker vid mycket höga temperaturer så för att öka sandens smältpunkt och göra den mer värmetålig blandar man in malt stenkol. För att gjuta ihåligt gods behöver man inte bara en form utan även en kärna som också tillverkas av sand. I denna så kallade kärnsand använder man en plastblandning som bindemedel istället för bentonit. När kärnsand och formsand inte längre kan användas för nya gjutningar knackas de sönder och i de flesta fall blandas de två sandsorterna, det är sådan sand som använts i detta projekt (Nayström, samtal 2014-04-04). I tabell 1 redovisas vissa egenskaper hos sanden så som kolhalt, bentonithalt med mera. Gjuterisanden innehåller även låga halter av tungmetaller och organiska föroreningar, dessa halter är dock lägre än Naturvårdsverkets gränsvärden för känslig markanvändning och i de fall då det finns riktvärden för ”mindre än ringa risk” understiger halterna även denna gräns (Nayström, mail 2014-04-15 samt ej publicerad rapport).
Aktiv bentonithalt 7,5 %
Kolhalt 4,5 %
Glödgningsförlust 5,2 %
Metod
Arbetet med laborationen har bedrivits under flera dagar under perioden 14 april till 2 maj. Vad som gjordes de olika datumen är angivet i metodbeskrivningen nedan.
Ute i fält på provtagningsplatsen vid Bälinge mossar den 14 april togs vegetationen och rotfilten bort från ett område på ca 60x200 cm och hamnade då på 10-15 cm djup. Fyra provtagningsrutor
förbereddes genom att 40x40x15 cm jord grävdes upp, lades i en hink och blandades med en viss volym sand för att få önskad sandinblandning, se Tabell 2. I samband med detta plockades maskar, trärester och rötter bort. Efter omblandningen hälldes jorden tillbaka i hålet och packades genom att en person med massan 85 kg gick på en 40x10 cm planka.
Tabell 2. Mängden sand som blandades med jorden från provtagningsrutorna. Ruta Tillsatt volym sand (liter) Sandinblandning (%)
1 3 ca 13
2 8 ca 33
3 11 ca 46
4 0 0
I varje provtagningsruta placerades 10 provcylindrar som bankades ned med ett anpassat verktyg. Cylindrarna bändes sedan upp med en spade, överflödig jord skars bort med kniv, plastlock med filterpapper i sattes på cylindrarnas över- och undersida innan de rengjordes med papper och placerades i lådor för transport. Slutligen fylldes groparna igen.
Inne på labbet vägdes proverna in. För varje prov tarerades vågen för ett perforerat cylinderlock, plastlocket på undersidan togs bort, en tunn tygduk lades på och det perforerade locket sattes på och locket på översidan togs bort. Cylinder med duk och lock vägdes och vikten antecknades. Två plastbackar märktes med “Grund dränering” respektive “Djup dränering” och 5 cylindrar från varje inblandning placerades i ”Djup dränering” och 5 cylindrar från varje inblandning placerades i ”Grund dränering”. Backarna fylldes med vatten till en tredjedel av cylindrarnas höjd. Dagen efter (15 april) tillsattes mer vatten på morgon och sen eftermiddag så att cylindrarna nästan stod under vatten. Plastlock placerades på toppen av cylindrarna för att förhindra uttorkning men en glipa lämnades öppen för att eventuella maskar skulle kunna ta sig ut.
Det hade skett ett missförstånd vad gällde vilka egenskaper som skulle undersökas, egentligen skulle de perforerade locken inte användas. Den 16 april byttes därför de perforerade plastlocken ut mot filterpapper och tunna tygdukar som fästes med gummiband. De första dukarnas vikt tarerades inte bort vid invägning 1, därför vägdes 10 dukar och medelmassan beräknades till 0,332 g och
subtraherades från cylindervikterna. Proverna placerades återigen i plastbackarna för att
vattenmättas och fick stå kvar till den 22 april. Då vägdes provcylindrarna igen efter att massan för gummiband, blött filterpapper och blöt filterduk hade tarerats bort och placerades sedan i pF-boxar för dränering. Hälften av proverna trycksattes till 20 cm djup och hälften till 40 cm djup.
bra för att påbörja mätningarna. Samtliga prover vägdes in med duk, filterpapper och gummisnodd; massan för dessa drogs av efter mätningarna. Det värde som subtraherades var ett medelvärde av 6 st dukar, gummiband och lätt fuktade filterpapper. Koldioxidemissionen mättes genom att pumpen fick gå till dess att det visade värdet stabiliserats, provet placerades i behållaren till dess att
koldioxidhalten ökat med 100 ppm eller 5 minuter passerat. Data från logger fördes över till Excel för att sedan bearbetas i MatLab.