Stabilisering och solidifiering Översiktlig metodbeskrivning

Med stabilisering avses i allmänhet en kemisk process vid vilken ett additiv (eller en blandning av additiv) reagerar med den förorenade jorden/avfallet. Vid reaktionen övergår föroreningsämnena i en mindre mobil/lakningsbar form än vad som ursprungligen var fallet. I en del fall kan även föroreningarnas toxicitet reduceras till följd av att nya kemiska bidningar uppstår i det förorenade materialet.

Med solidifiering avses en process varvid materialet antingen inkapslas eller omvandlas till en monolitisk struktur med låg lakningsbenägenhet. Gränsdragningen mot

deponering/inneslutning är således inte självklar.

Figur 3-7: In situ-stabilisering med hjälp av roterande augerborrutrustning (källa: US EPA)

I flera fall görs ingen större skillnad mellan solidifiering och stabilisering eftersom tillsatser av olika kemiska additiv ofta leder till såväl minskad lakningsbenägenhet som reducerad

Exempel på oorganiska additiv/bindemedel som tillsätts vid stabilisering/solidifiering är bentonit, cement, kalk, silikater och svavel. Exempel på organiska additiv/bindemedel är olika asfaltprodukter/bitumen, formaldehyd, polyestrar och urea.

Det mest använda additivet vid stabilisering av förorenade jordar är cement. Cement- stabilisering leder i allmänhet både till minskad kemisk lakningsbenägenhet och till en reducerad hydraulisk permeabilitet. Cementstabilisering kan således även betraktas som en solidifieringsprocess. Den reducerade kemiska lakningsbenägenheten beror främst på cement- tillsatsens pH-höjande effekt och på olika kemiska substitutionsprocesser, t ex bildning av blykarbonater m m.

Förbudet mot att deponera organiskt avfall (som introducerats via EUs miljölagstiftning) och den ökade konkurrensen från olika biologiska och termiska behandlingsmetoder när det gäller kolväteförorenade jordar innebär att stabilisering/solidifiering numera är en process som nästan uteslutande används för oorganiskt förorenade jordar/avfall.

I stort sett samtliga stabiliserings- och solidifieringsmetoder innebär att ett eller flera additiv ”blandas in” i det förorenade materialet. Inblandningen kan både ske in situ eller på uppgrävda massor.

Styrande faktorer

Faktorer som styr möjligheten att framgångsrikt behandla förorenade jordar/ material med hjälp av stabilisering/solidifiering är bl a:

x Föroreningens kemiska sammansättning. Stabilisering/solidifiering är numera i första hand en efterbehandlingsmetod avsedd för oorganiska föroreningar. Tidigare har metoden även tillämpats för persistenta organiska föreningar.

x Klimatfaktorer. I framförallt kalla klimat kan frostbeständigheten vara en kritisk faktor.

x Kornstorleksfördelning. Hög andel av kohesionsjord (lera och silt) kan väsentligt försämra stabilisatets beständighet. Bäst lämpade för stabilisering/solidifiering är relativt homogena/ensgraderade sandjordar.

x Organisk halt. Stabilisat tillverkade av förorenade jordar med hög organisk halt (humus, torv mm) uppvisar i regel lägre hållfasthet och sämre beständighet än stabilisat tillverkade av minerogena jordmaterial.

x Komplexbildning. Metallkomplex är i regel mycket stabila och kan endast i begränsad utsträckning reagera med olika additiv. I allmänhet måste därför metallkomplexen ”brytas upp” innan stabilisering kan ske.

x Oxidationsförhållanden. Metalljoner kan i allmänhet förekomma i två eller flera olika oxidationsstadier. T ex kan krom förekomma i sexvärd eller trevärd form. Cr(III) reagerar i allmänhet med enkla additiv såsom cement och kalk varvid i stort sett olösliga hydroxider bildas medan den Cr(VI) är i stort sett persistent. Det innebär att materialet måste förbehandlas, t ex genom tillsatser av järnsulfat för omvandling av sexvärt krom till trevärt krom. Motsvarande former av förbehandling kan erfordras också vid förekomst av andra metallföroreningar som t ex arsenik. Vid in situ stabilisering är även jordlager- och permeabilitetsförhållanden och grundvattenytenivå av betydelse för stabilisatets beständighet.

Projektering och systemdesign

En lång rad testmetoder har utvecklats för att på ett tidigt stadium undersöka möjligheten att behandla ett förorenat material (avfall, jord, sediment m m) genom stabilisering/solidifiering. Testmetoderna som tillämpas kan vanligen delas upp fysikaliska/mekaniska testmetoder och i kemiska testmetoder. Testmetoderna inleds med att ett försöksstabilisat tillverkas genom blandning av additiv och förorenat material. Det är således väsentligt att inblandningen utförs med material som är representativt både vad avser det förorenade materialet och det additiv som avses tillsättas. Testerna utförs i allmänhet på färdighärdat stabilisat.

De vanligaste fysikaliska/mekaniska testmetoderna som tillämpas är: x Permeabilitetstest

x Hållfasthetstest

x Beständighetstest (t ex genom att utsätta stabilisatet för upprepade frys- och töcykler, vätning/uttorkning m m)

Exempel på kemiska testmetoder som tillämpas på färdighärdat stabilisat är bl a lakförsök (såväl ytutlakning som genomströmningslakning tillämpas) och olika typer av beständig- hetstest avseende syralakning m m.

Kemiska tester utförs dessutom i stor utsträckning på det förorenade materialet i syfte att välja lämpliga additiv. Av betydelse för val av additiv är bl a:

x Föroreningens kemiska sammansättning

x Metalljonernas förekomstformer/oxidationsformer x pH och buffringskapacitet

x Koncentrationen av olika biologiskt och kemiskt nedbrytbara organiska föroreningsämnen

För att framgångsrikt kunna designa en efterbehandlingsåtgärd baserad på stabilisering/ solidifiering förutsätts vidare att det förorenade jordmaterialets kornstorleksfördelning, organiska halt och vattenkvot är noggrant undersökt.

Vid tillämpning av stabilisering/solidifiering på uppgrävda massor föregås inblandningen av additiv i allmänhet med att grövre fraktioner (sten, block, avfallsrester/fragment m m) avskiljs. Därigenom erhålls ett mer homogent material, vilket underlättar den fortsatta behandlingsprocessen. Följande utrustning brukar användas vid stabilisering/solidifiering on site eller ex situ:

x Olika typer av matarband/transportband för förorenade massor x Homogeniseringsutrustning

x Cementblandare eller motsvarande blandningsutrustning (Inblandning av additiv kan även ske med grävmaskin i en öppen bassäng)

Vidare krävs ytor för härdning av stabilisat före borttransport till deponi eller motsvarande. Stabilisering in situ utförs i allmänhet med hjälp av specialanpassad borrutrustning som både svarar för håltagning och injektion av bindemedlet i de förorenade jordlagren. I USA, där

in situ stabilisering/solidifiering varit en relativt vanlig behandlingsmetod har injektion av additiv utförts ned till mer än 30 meters djup under markytenivån.

Speciella inblandningsmetoder har också tillskapats för förorenade materialet med högt vatteninnehåll (slam, sediment m m) där tillsatsen av additiv antingen föregås eller efterföljs av att materialet avvattnas i en kammarfilter- eller silbandspress. Stabilisering/solidifiering kan således med fördel tillämpas som en kompletteringsmetod till jordtvättning där ett metallhaltigt slam utgör den huvudsakliga restprodukten.

Stabilisering av kvicksilverförorenade jordar utförs oftast batchvis (i behållare) genom tillsatser av elementärt svavel varvid kvicksilversulfid bildas. Ofta tillsätts även cement som strukturförbättrare. Stabilisatet innesluts därefter på en deponi för farligt avfall.

Tillämpning

Metoden är möjlig att tillämpa både on site/ex situ och in situ. När tillämpningar in situ är relativt vanligt förekommande i USA har man i Europa i huvudsak kommit att tillämpa metoden ex situ, d v s vid fasta behandlingsanläggningar dit de förorenade massorna trans- porteras. Stabilisering/solidifiering tillämpas främst på oorganiska föroreningar som t ex metallförorenade jordar/ sediment, metallhaltiga hydroxidslam och förbränningsaskor. I USA har man i större utsträckning än i Europa även tillämpat stabilisering av jordar förorenade av persistenta organiska föroreningsämnen som t ex PAH, PCB och pesticider.

Kontroll av behandlingsresultat

Uppföljning och kontroll brukar i allmänhet vara inriktad på stabilisatets lakningsegenskaper. Vid in situ-behandling kan t ex grundvattenprovtagning nedströms den stabiliserade mark- föroreningen vara en kontrollmöjlighet. Deponerade stabilisat brukar i allmänhet följas upp dels med avseende på fysikalisk beständighet (sprickbildning, hållfasthet m m) och dels med avseende på lakvattenkvalitet. Separat lakvattenuppsamling från det område inom depon- eringsanläggningen där stabilisaten placerats är nödvändig om stabilisatens påverkan på lakvattnets kvalitet ska kunna kvantifieras/bedömas.

Begränsningar och kända negativa effekter

Metoden är i huvudsak begränsad till minerogena jordar med dominerande innehåll av friktionsjord. Ler- och siltjordar är i regel svåra att behandla med stabilisering/solidifiering. Vid stabilisering av förorenade material åtgår i regel stora mängder additiv/bindemedel vilket leder till en volymökning på mellan 20-50 % . Stabilisatet tar således väsentligt mycket större plats än den ursprungliga föroreningen. Vid tillämpningar in situ ”reser sig” ofta markytan ovanför den stabiliserade jordvolymen. Stabiliseringens pH-höjande effekt kan för vissa metaller, t ex arsenik, leda till ökad utlakning vilket måste beaktas vid behandling av t ex jordar som förorenats av CCA-medel eller andra arsenikhaltiga impregneringsvätskor.

Närbesläktade metoder

I en del sammanhang inkluderas även vitrifiering i begreppet stabilisering/solidifiering. Vitrifiering innebär att det förorenade materialet upphettas till en så pass hög temperatur att en plasmaliknande smälta uppstår. När materialet sedan svalnar av uppkommer en glasartad icke- lakningsbar slaggprodukt. Metoden har tillämpats i ett fåtal efterbehandlingsprojekt i USA där

föroreningen utgjorts av s k ”mixed waste”, en kombination av radioaktivt material (i allmän- het från militär verksamhet) och organiska/oorganiska föroreningsämnen med hög toxicitet.

Status och referensprojekt

Stabilisering/solidifiering är en efterbehandlingsmetod som förekommit sedan 1970-talets början. Inom det amerikanska Superfund-projektet har metoden i någon form tillämpats vid sammanlagt 200 av totalt 1800 efterbehandlingsobjekt. I USA finns sammanlagt ett 40-tal entreprenadföretag som uteslutande arbetar med stabilisering/solidifiering av förorenade jordar och avfall.

I Sverige har stabilisering/solidifiering bl a tillämpats för behandling av askor från avfalls- förbränning. Metoden har också tillämpats vid efterbehandling av kvicksilverförorenade jordar. Sydkraft SAKAB har bl a tillämpat stabilisering av kvicksilverförorenade jordar genom tillsats av elementärt svavel i pulverform. Vid metoden, där även cement och vatten tillsätts, bildas kvicksilversulfider som kan betraktas som en mycket stabil och närmast inert slutprodukt. Sydkraft SAKAB har bl a behandlat 600 ton kvicksilverförorenat material från Akzo Nobel i Örnsköldsvik och ca 500 ton kvicksilverförorenade massor från SCA i Timrå med hjälp av svavel- och cementstabilisering. Efter genomförd behandling har stabilisaten deponerats. Läs mer om immobilisering genom stabilisering av nickelförorenad jord i Bilaga 2/Fallstudier in situ, on site och ex situ, nr 115.

Källor och referenser

Cleanup Information Bulletin Board System/CLU-IN (2005): http://www.clu-in.org

Kumpiene. J. 2005. Assessment of Trace Element Stabilisation in Soil. Doctoral Thesis. Luleå University of Technology. Division of Waste Science and Technology. 2005:38.

Suthersan, S.S (1997): ”Remediation Engineering. Design Concepts.” Lewis Publishers. ISBN 1-56670-137-6.

Svensson, M. (2005): Muntlig information angående Sydkraft SAKABs behandlingsmetoder för kvicksilverförorenade material. (Margareta Svensson/ Sydkraft SAKAB AB)

Sydkraft SAKAB AB: “Våra metoder för att sanera förorenad jord”. Produktinformation.

3.4.2 Inneslutning och barriärteknik