EXAMENSARBETE
Mekanisk och biogeokemisk
karaktärisering av
mekaniskt upparbetad deponirest
Vid Ragn-Sells Avfallsbehandling AB:s avfallsanläggning Högbytorp
i Upplands-Bro
Emelie Andersson
Marit Jobs
2013
Civilingenjörsexamen
Avdelningen för Geovetenskap och miljöteknik
EXAMENSARBETE
MEKANISK OCH BIOGEOKEMISK
KARAKTÄRISERING AV MEKANISKT
UPPARBETAD DEPONIREST
VID RAGN-SELLS AVFALLSBEHANDLING AB:S AVFALLSANLÄGGNING HÖGBYTORP I UPPLANDS-BROEmelie Andersson och Marit Jobs
Sammanfattning
Sammanfattning
I examensarbetet har mekaniska och biogeokemiska egenskaper karaktäriserats på en mekaniskt upparbetad deponirest från Ragn-Sells Avfallsbehandling AB, Högbytorp. Mekanisk upparbetning innebär att färskt och utgrävt hushålls- och industriavfall genomgår krossning följt av utsortering av metall samt utsortering av brännbart material genom siktning. Deponiresten ska efter upparbetning deponeras. Syftet med upparbetningen är att minska innehållet av organiskt och brännbart material, minska deponeringsvolym, utvinna återvinningsbara material samt regenerera deponeringsyta. Den upparbetade deponiresten som karaktäriserades var < 18 mm och provneddelades med hjälp av strängmetoden och spaltdelningsapparat.
De mekaniska egenskaper som analyserades var rasvinkel,
kornstorleksfördelning, skjuvhållfasthet, kompression, densitet, porositet, svälltryck, fältkapacitet och permeabilitet. Generellt utfördes testerna enligt standard med undantag för kompressionstester som genomfördes i specialtillverkade kompressionskärl med en diameter på 50 cm. Efter kompressionen erhölls också resultat på densitet, porositet, svälltryck, fältkapacitet samt att permeabilitetsmätningar var möjliga då vatten kopplades in till kompressionskärlen. I jämförelse med tidigare studier på främst hushållsavfall uppvisade den upparbetade deponiresten:
Hög skjuvhållfasthet (c´ 26 kPa, ´ 47°), porositet (η 53 %), fältkapacitet (54 %) och densitet (ρ 0,65 ton/m3, ρd 0,32 ton/m
3
vid 0 kPa och ρ 1,5 ton/m3, ρd
1,0 ton/m3 ρs 2,1 ton/m 3
vid 700kPa).
Normalt kompressionsindex (m 0,19) och rasvinkel (31,7°).
Lågt svälltryck (0 kPa) och permeabilitet (k 6,7 × 10-9 m/s) samt en fin kornstorleksfördelning med stort graderingstal (Cu 40).
Den mekaniska egenskap som främst bör beaktas vid deponering är materialets låga permeabilitet som kan leda till stabilitetsproblem om dräneringen inte hanteras tillfredställande. Samtidigt uppvisade materialet svårigheter vid packning eftersom vatteninnehållet var högt och TS bör med en god marginal därför överstiga 48 % vid kompaktering.
De biogeokemiska egenskaper som karaktäriserades var
materialsammansättning, lakegenskaper och gasbildningspotential.
Materialsammansättningen karaktäriserades med avseende på TS, organiskt innehåll samt totalhalt av olika element. Lakegenskaperna bestämdes på lakvatten ur kompressionskärlen vid L/S 0,6 och på lakvatten från skaktest vid L/S 10. Skaktesten genomfördes under anaeroba förhållanden för att efterlikna metanogen nedbrytningsfas. Ytterligare analys gjordes på vatten som vid hantering av deponiresten kommer att ge upphov till förorenat vatten från hårdgjorda ytor. Gasbildningspotentialen bestämdes med hjälp av bombkalorimeter, COD-analys på fast material samt BMP-test. Resultatet av den biogeokemiska karaktäriseringen visade att den upparbetade deponiresten i jämförelse med tidigare studier på färskt och utgrävt hushållsavfall har lågt TS (47 %), lågt eller normalt innehåll av organiskt material (15 % TOC) och högt totalinnehåll av metaller. Vid en jämförelse med gällande gränsvärden för utlakning från farligt avfall som läggs på deponi för icke-farligt avfall var innehållet av organiskt material genomgående högt. Både totalhalten (TOC) och koncentrationen i lakvatten (DOC) vid L/S 0,6 och L/S 10 överskred gällande gränsvärden. Övriga gränsvärden som överskreds i lakvattnet var antimon och zink. I vatten från hårdgjorda ytor var koncentrationen av flera element högre än vad som tidigare visats för ytarinnande vatten från sorteringsytor för olika typer av avfall. Skillnaden antogs bero på att deponiresten krossats.
Totalhalten av flera metaller överskred Naturvårdsverkets riktvärden för mindre känslig markanvändning. Till skillnad mot vad tidigare studier på upparbetad deponirest visat lämpar sig därför inte den upparbetade deponiresten som konstruktionsmaterial utanför deponin. Den låga permeabiliteten uppmättes vid hög normalspänning och eventuell tillämpning som tätskiktsmaterial i sluttäckningen på en deponi bedöms därför också som tveksam. Den höga fältkapaciteten talar dock för en möjlig tillämpning som skyddsskiktsmaterial i deponier.
Abstract
Abstract
In this master thesis, the mechanical and biogeochemical properties of a mechanically treated waste from Högbytorp Landfill (owned by Ragn-Sells avfallsbehandling AB) were characterized. The mechanical treatment involves fresh and excavated domestic and industrial waste that undergoes shredding, sorting of metals, and sorting of combustible materials by screening. The waste will afterwards be deposited back into the landfill. The aim with the mechanical treatment is to reduce the organic content, reduce the volume, reclaim recyclable materials and regenerate landfill area. The treated waste that was characterized had a particle size < 18 mm. During sampling the japanese slab-cake method was applied together with the use of a riffle splitter.
The mechanical properties that were characterized were friction angle, grain size distribution, shear strength, compression, density, swelling pressure, field capacity and permeability. Generally, tests were performed according to standards, but the compression test was performed by custom-made compressions vessels with a diameter of 50 cm. After the compression test was finished also values on density, porosity, swelling pressure and field capacity were derived. The permeability test was made by connecting water to the compression vessels. The results from the mechanical characterization showed in comparison to earlier studies on municipal solid waste:
High shear strength (c´ 26 kPa, ´ 47°), porosity (η 53 %), field capacity (54 %), density (ρ 0.65 ton/m3, ρd 0.32 ton/m
3
at 0 kPa and ρ 1.5 ton/m3, ρd 1.0
ton/m3 ρs 2.1 ton/m 3
at 700kPa).
Low swelling pressure (0 kPa) and permeability (k 6.7 × 10-9 m/s), and a small grain size distribution with a high uniformity coefficient (Cu 40).
The mechanical property that mainly should be considered during landfilling is the low permeability of the waste which can cause stability problems if pore water pressure is built up due to non-satisfying drainage. Meanwhile the material exhibited difficulties in packing at high water content and the TS should therefore during compaction exceed 48 % with a good margin.
The biogeochemical characterization comprised composition of the waste, leaching behavior and gas formation potential. The composition of the waste was characterized with respect to TS, organic content and total content of elements. Leaching tests were performed to produce leachate from the compression vessels at L/S ratio 0.6 and leachate from agitation batch tests at L/S ratio 10. Agitation batch tests were performed under anaerobic conditions in order to simulate methanogen degradation phase. In addition, water from impervious surfaces where the mechanically processed waste will be treated, was analyzed. The result of the biogeochemical characterization revealed that the mechanically treated waste, in comparison to other studies on fresh and excavated waste, had low TS (47 %), low to normal organic content (15 % TOC) and a high total content of metals. When compared to applicable threshold values for nonhazardous waste it was evident that the organic content was high in general. Both the total content (as TOC) and the concentrations in the leachate (as DOC) at L/S ratio 0.6 and 10 exceeded the threshold values. Other threshold values that were exceeded in the leachate were antimony and zinc. In storm water the concentration of several elements exceeded what had previously been reported in surface water from traditional municipal solid waste. The reason was assumed to be due to crushing of the waste.
The total content of several metals exceeded the guideline values for less sensitive land use, given by the Swedish Environmental Protection Agency. In contrast to what previous studies on mechanically treated waste has shown the mechanically treated waste in this study is not suitable as construction material for offsite applications. The low permeability was measured under high compression and a possible reuse as liner material in the upper parts of a landfill is therefore considered not as an option. Though, the high field capacity indicates a possible reuse as protection layer in landfills.
Innehållsförteckning
Innehållsförteckning
1 INLEDNING ... 1
1.1 Bakgrund ... 1
1.1.1 Mekaniskt upparbetad deponirest ... 1
1.1.2 Processbeskrivning ... 2
1.1.3 Materialsammansättning i deponiresten ... 4
1.1.4 Lagstiftning ... 5
1.2 Syfte och mål ... 6
1.3 Forskningsfrågor ... 7
1.4 Omfattning och avgränsningar ... 7
1.5 Metod ... 7 1.5.1 Litteraturstudie ... 1 1.5.2 Laboratorieförsök ... 1 1.6 Tolkning av data ... 2 2 METODBESKRIVNING ... 3 2.1 Okulärbesiktning ... 3
2.2 Provuttag och provneddelning ... 3
2.2.1 Provhantering och transport ... 3
3 RESULTAT ... 7
3.1 Okulärbesiktning ... 7
3.2 Provuttag och provhantering ... 8
3.3.1 Rasvinkel ... 8 3.3.2 Kornstorleksfördelning ... 9 3.3.3 Skjuvhållfasthet ... 10 3.3.4 Kompressionsegenskaper ... 12 3.3.5 Densitet ... 14 3.3.6 Porositet ... 15 3.3.7 Svälltryck ... 16 3.3.8 Fältkapacitet ... 16 3.3.9 Permeabilitet ... 16 3.3.10 Stabilitetsmodeller... 17 3.4 Biogeokemisk karaktärisering ... 18 3.4.1 Materialsammansättning ... 18 3.4.2 Lakegenskaper... 21 3.4.3 Gasbildningspotential ... 28 4 ANALYS ... 30 4.1 Okulärbesiktning ... 30
4.2 Provuttag och provneddelning ... 30
4.3 Mekanisk karaktärisering ... 30 4.3.1 Rasvinkel ... 30 4.3.2 Kornstorleksfördelning ... 31 4.3.3 Skjuvhållfasthet ... 32 4.3.4 Kompression ... 34 4.3.5 Densitet ... 37 4.3.6 Porositet ... 39 4.3.7 Svälltryck ... 40 4.3.8 Fältkapacitet ... 40 4.3.9 Permeabilitet ... 41 4.3.10 Stabilitetsmodeller... 44 4.4 Biogeokemisk karaktärisering ... 45 4.4.1 Materialsammansättning ... 45 4.4.2 Lakegenskaper... 48 4.4.3 Gasbildningspotential ... 52 5 SLUTSATSER ... 54 5.1 Mekaniska egenskaper ... 54 5.2 Biogeokemiska egenskaper ... 55
5.3 Rekommendationer beträffande utformning och drift av deponin 57 6 REKOMMENDATIONER TILL FRAMTIDA FORSKNING ... 59
Innehållsförteckning 7.1 Muntliga källor ... 63 BILAGA A – BEGREPPSFÖRKLARING BILAGA B – LITTERATURSTUDIE BILAGA C – METODBESKRIVNINGAR BILAGA D – BERGSKJUVEN
BILAGA E – RESULTAT MEKANISKA EGENSKAPER BILAGA F – RESULTAT BIOGEOKEMISKA EGENSKAPER
Förord
Förord
Examensarbetet var sluttampen på Emelie och Marits studier på Väg- och vattenbyggnads- respektive Naturresursteknikprogrammet vid Luleå tekniska universitet. Examensarbetet motsvarar 30 högskolepoäng och genomfördes under perioden september 2012 till april 2013. Beställare av examensarbetet var Ragn-Sells AB i Stockholm.
Examensarbetet kantades inledningsvis av flera tekniska driftproblem i anläggningen för mekanisk upparbetning. När ett provuttag väl kunde göras och vi stod med materialet i händerna kändes det nästan som att exjobbet var klart, fastän att åtskilliga timmar av laboratorieförsök och rapportskrivande återstod. Motgångar till trots har det varit otroligt lärorikt och gett oss kunskaper som vi bär med oss ut i arbetslivet.
Det här examensarbetet hade inte gått att genomföra utan hjälp. Vi vill först tacka vår handledare/examinator Anders Lagerkvist vid Luleå tekniska universitet och vår handledare Anders Kihl vid Ragn-Sells AB för ett stort engagemang och många goda råd. För möjlighet att genomföra laborationer vid Högbytorp vill vi ge Paul Würtzell och Catarina Thörngren ett stort tack för ert goda bemötande och er hjälpsamma inställning. Samtidigt vill vi också tacka Anders Gustavsson för ditt ihärdiga kämpande med att få till ett provuttag. Ett tack vill vi också ge personal vid Luleå tekniska universitet som varit oss behjälpliga.
Slutligen ett varmt tack till familj och vänner! Luleå/Stockholm april 2013,
Inledning
1 INLEDNING
I kapitlet redogörs inledningsvis bakgrunden till varför Ragn-Sells avfallsbehandling AB valt att mekaniskt upparbeta deponiresten på Högbytorps avfallsanläggning i Upplands Bro. Bakgrunden berör upparbetningen av både färsk och utgrävd deponirest. Därefter ges en beskrivning av alla de steg och komponenter som ingår i processen samt en redogörelse för egenskaperna hos det avfall som matas in i anläggningen. Den upparbetade deponiresten ska på nytt deponeras, varför en kort sammanfattning av lagkrav gällande deponering också ges. I den avslutande delen av detta kapitel presenteras syftet med examensarbetet, tillsammans med de forskningsfrågor och avgränsningar som sattes upp innan projektet startade.
1.1 Bakgrund
Hösten 2012 installerades en anläggning för mekanisk bearbetning och sortering av deponirest på Högbytorps avfallsanläggning i Upplands Bro som drivs av Ragn-Sells Avfallsbehandling AB. I stycket beskrivs syftet och utformningen av installationen samt ursprunget hos det avfall som matas in i anläggningen. Avslutningsvis sammanfattas de lagkrav som gäller för deponering av icke-farligt avfall.
1.1.1 Mekaniskt upparbetad deponirest
Syftet med att från och med hösten 2012 mekaniskt upparbeta deponiresten på Högbytorp är att;
1) minska deponivolymen
3) minska halten brännbart respektive organiskt material i kombination med syftet att gräva ut befintlig deponi för att;
4) regenerera deponiyta.
Punkt 1 motiveras av att den nuvarande skatten (år 2012) för deponering av avfall är 435 kr/ton. Genom att minska deponivolymen förväntas kostnaderna för deponering att minska. Punkt 2 omfattar utsortering av metaller och brännbart material som kan säljas och återanvändas. Med dagens efterfrågan på metaller beräknas det vara ekonomiskt lönsamt att sortera ut metallskrot ur deponiresten. Den utsorterade brännbara fraktionen genererar inkomster vid försäljning som bränsle till rosterpannor. Punkt 3 motiveras av att lagkravet för deponering av icke-farligt avfall är att den brännbara fraktionen i avfallet inte överskrider 10 volym-%. Fram till idag har Ragn-Sells Avfallsbehandling AB sökt dispens för att få deponera avfall med över 10 volym-% brännbart material men genom att sortera ut brännbart material hoppas man på att i framtiden kunna möta lagkravet utan behov av dispens. Genom utsortering av brännbart material hoppas man även på att kunna minska innehållet av organiskt material. Enligt undantaget mot deponeringsförbudet av organiskt material får avfall deponeras om TOC i avfallet inte är mer än 10 % TS. Punkt 4 motiveras av att en utgrävning av redan deponerat icke-farligt avfall, förutom de vinster som görs genom punkt 1, 2 och 3, även regenererar yta för deponering. Genom att gräva ut befintlig deponi och bearbeta materialet genom utsortering och neddelning kan ytan återanvändas för deponering av både upparbetat utgrävt material och upparbetad färsk deponirest. Att på detta sätt gräva ut en deponi och bearbeta materialet kallas med ett engelskt begrepp för landfill mining eller
landfill reclamation.
1.1.2 Processbeskrivning
Anläggningen för mekanisk bearbetning och sortering av deponirest på Högbytorp kommer att ta emot material beståendes av 1) färsk deponirest och 2) utgrävd deponirest från en aktiv deponi, se närmare 1.1.3. Vid fullskalig körning beräknas anläggningen processera 30 ton avfall per timme. De utsorterade fraktionerna redovisas i Tabell 1-1. De ingående processtegen beskrivs närmare i följande stycke.
Utgrävd respektive färsk deponirest vägs och transporteras till en stationär anläggning för neddelning, sållning och sortering. En manuell försortering av deponiresten sker för att plocka bort skrymmande material och/eller sådant som
Inledning
kan återanvändas direkt, till exempel träpallar. Resårbottnar, textilier och dylikt som kan fastna i anläggningen genomgår också manuell försortering. I största möjliga mån ska även gipshaltiga föremål sorteras ut eftersom gips inte får deponeras med övrigt avfall om innehållet av organiskt kol (TOC) i det övriga avfallet överskrider 5 % (26 § NFS 2004:10).
Deponiresten krossas därefter innan vidare utsortering av återvinningsbart material. Fördelen med att låta sorteringen föregås av en neddelning av avfallet är att transport- och sorteringsegenskaper förbättras i den vidare processen. Deponiresten på Högbytorp består av delvis sprött material såsom klinker, betong med mera som efter neddelning och siktning ska återföras till deponin med en kornstorlek på < 18 mm. För att de spröda materialen ska erhålla en kornstorlek < 18 mm används en kross som neddelar det spröda materialet samtidigt som brännbart material bibehåller en kornstorlek på > 18 mm.
Efter krossning matas deponiresten fram på ett transportband. Ovanför transportbandet finns en magnetavskiljare som separerar deponiresten från järnhaltiga metaller. Metallskroten samlas upp i en separat container.
Transportbandet matar sedan ned den krossade deponiresten i en trumsikt med maskvidd 18 mm. I trumsikten separeras brännbart material från övrigt material. Den brännbara fraktionen (> 18 mm), hädanefter kallat lättfraktionen, återvinns som rosterbränsle. Rosterbränslet består av till exempel plaster, trä, textilier med mera. Den utsorterade finfraktionen (< 18 mm) är den upparbetade deponiresten som ska deponeras. Finfraktionen förväntas bestå av material såsom klinker, betong, cement, glas med mera och utgöra 80 vikt-% av den totala mängden. Principen bakom en trumsikt är att skapa en bra cirkulation av materialet genom att kontinuerligt förflytta avfallet genom trummans rotation. Utsortering av finfraktionen sker genom maskorna i trummans väggar. Den grövre fraktionen (lättfraktionen) passerar trumman och tas om hand i slutet av trumman. I Figur 1-1 återfinns en bild med sifferförklaring för anläggningens olika delar.
Figur 1-1 Anläggningen för mekanisk upparbetning av deponirest vid Högbytorp. Sifferförklaring: 1) kross, 2) transportband, 3) metallavskiljare, 4) trumsikt, 5) metallfraktion, 6) upparbetad deponirest/finfraktion och 7) lättfraktion.
Tabell 1-1 Benämningar på de utsorterade fraktionerna vid anläggningen för mekanisk upparbetning av deponirest på Högbytorps avfallsanläggning.
Utsorterad fraktion Benämning Behandling
Metall Metallfraktion Metallåtervinning
> 18 mm Lättfraktion Rosterbränsle
< 18 mm Upparbetad deponirest/Finfraktion Deponering
1.1.3 Materialsammansättning i deponiresten
Avfallet som ska genomgå anläggningen för mekanisk upparbetning (enligt processbeskrivning i 1.1.2) härstammar från två källor:
1) Färsk deponirest. Utgörs av hushålls- (grovsopor), bygg- och rivningsavfall som delvis kan ha genomgått sortering av återvinningsbara material innan mottagning på Högbytorp.
2) Utgrävd deponirest. Utgörs av deponerat avfall som grävts ur deponin för icke-farligt avfall på område 3, Högbytorp.
1
2
3
4
Inledning
Tillåten deponering i deponin har omfattat hushålls-, bygg-, industri-, verksamhets-, slamformigt-, elektronik- och icke-farligt asbestavfall samt avvattnat kommunalt slam och schakt- och rivningsmassor. Hushållsavfallet som deponerats har bestått av grovsopor. De deponirestceller som kommer att bli aktuella för utgrävning är de celler där främst hushålls-, bygg och rivningsavfall har deponerats. Inget asbetsavfall har deponerats i de celler som kommer att blir aktuella för utgrävning. Deponirestcellerna är idag 4 år gamla och ännu aktiva. Deponin producerar ingen betydande mängd deponigas, troligtvis på grund av sin låga ålder och därför finns inte heller något system för insamling av gas. Lakvatten samlas upp i lakvattendammar inför vidare rening. Inga överskridna gränsvärden för lakvattenkvalitet har rapporterats. Vid deponeringen sker ingen daglig täckning av deponerat avfall.
1.1.4 Lagstiftning
Den utsorterade finfraktionen som karaktäriserades i detta examensarbete ska återföras till deponin för icke-farligt avfall på Högbytorps avfallsanläggning. I detta stycke sammanfattas därför de lagkrav som gäller för deponering av icke-farligt avfall. Deponier indelas i tre olika kategorier:
Inert avfall Icke-farligt avfall Farligt avfall
Icke-farligt avfall är enligt avfallsförordningen (3 § SFS 2011:927) avfall som inte är farligt avfall enligt definitionen i förordningen om farligt avfall (1996:971). Allt icke-farligt avfall får läggas i en deponi för icke-farligt avfall (25 § NFS 2004:10). Stabilt, icke-reaktivt farligt avfall får läggas på en deponi för icke-farligt avfall om kriterierna i 29-30 § NFS 2004:10 är uppfyllda (28 § NFS 2004:10). I kriterierna specificeras gränsvärden för pH, TOC och ANC (acid neutralisation capacity) på avfall som få tas emot samt gränsvärden för lakvattenhalter och torrsubstanshalter i avfall som läggs på deponin. Vid nedkrossning av avfall ska det vid bedömning om avfallets fysikaliska stabilitet tas hänsyn till om utlakning ökar som en följd av nedkrossningen (28 § NFS 2004:10). Avfall som inte får deponeras är organiskt respektive brännbart material (9-10 § SFS 2001:512). Det finns dock undantag från detta deponeringsförbud (12 § 2004:4). Undantagen gör gällande att brännbart material i ett heterogent avfall får deponeras om avfallet innehåller mindre än 10 volym-% brännbart avfall. Detsamma gäller organiskt material i ett homogent avfall om TOC i avfallet är mindre än 10 vikt-% TS.
Utformning av deponi utifrån gällande lagstiftning
I 19-20 § (NFS 2001:512) anges krav för transporttid av lakvatten genom deponins geologiska barriär samt dess permeabilitet och mäktighet, se Tabell 1-2.
Tabell 1-2 I 19 – 20 § (NFS 2001:512) anges krav för minsta transporttid av lakvatten, permeabilitet och mäktighet i den geologiska barriären.
Deponeringskategori Transporttid lakvatten [år] Permeabilitet [m/s] Mäktighet [m] Inert avfall > 1 < 1,0 x 10-7 > 1 Icke-farligt avfall > 50 < 1,0 x 10-9 > 1 Farligt avfall > 200 < 1,0 x 10-9 > 5
I 25 § (NFS 2001:512) anges när ett deponigasinsamlingssystem måste upprättas då en deponi innehåller organiskt material som genom nedbrytning genererar deponigas.
Avfallet ska deponeras säkert för att undvika risk för ras, skred och sättningar som kan skada tätskikt eller andra skyddsåtgärder enligt 27 § (NFS 2001:512). Enligt 31 § (NFS 2001:512) skall en deponi som avslutas sluttäckas. Även sluttäckningen påverkar deponins stabilitet och en minsta släntlutning på sluttäckningen bör vara 1:20 (V:H) och en största släntlutning på sluttäckningen bör vara 1:3 (V:H).
Delar av deponin för icke-farligt avfall på Högbytorp hade år 2012 nått sin maximalt tillåtna (enligt tillstånd) höjd av + 63 meter över havet vilket innebär ett deponeringsdjup på cirka 35 m.
1.2 Syfte och mål
Syftet med det här examensarbetet var att kartlägga om den mekaniskt upparbetade deponiresten kan deponeras som icke-farligt avfall enligt svensk lagstiftning.
Målet med det här examensarbetet var att karaktärisera mekaniska och biogeokemiska egenskaper för den mekaniskt upparbetade deponiresten från färskt och uppgrävt avfall. Egenskaperna var avgörande för hur en upparbetad deponirest skulle kunna deponeras säkert med avseende på rasrisk, organiskt innehåll, utlakning och deponigasbildning.
Inledning
1.3 Forskningsfrågor
För att besvara syftet och målet utarbetades tre forskningsfrågor.
Forskningsfråga 1: Vilka mekaniska egenskaper har den mekaniskt upparbetade deponiresten?
Forskningsfråga 2: Vilka biogeokemiska egenskaper har den mekaniskt upparbetade deponiresten?
Forskningsfråga 3: Vilka rekommendationer kan ges beträffande utformning och drift av deponin med avseende på rasrisk, organiskt innehåll, utlakning och deponigasbildning?
1.4 Omfattning och avgränsningar
Omfattningen på examensarbetet begränsades till: karaktärisering av finfraktionen;
ett provuttag som representerade en månads inkommande avfall; de mekaniska och biogeokemiska egenskaper som har störst inverkan
på rasrisk, organiskt innehåll, utlakning och deponigasbildning; en okulär besiktning av färsk deponirest för bestämning av
deponirestens innehåll (det vill säga att ingen plockanalys utfördes) rekommendationer kring utformning och drift under deponeringsfasen
(det vill säga att inga rekommendationer kring deponins sluttäckning gjordes).
1.5 Metod
För att besvara frågeställningarna i examensarbetet genomfördes litteraturstudier och laboratorieförsök. Utifrån resultatet av litteraturstudien och laborationsförsöken kunde den upparbetade deponirestens egenskaper analyseras och frågeställningarna besvaras, se Figur 1-2. Examensarbetets avslutande diskussion behandlar rekommendationer för Ragn-Sells AB samt förslag på vidare forskning.
Figur 1-2 Schematisk skiss över metoden i examensarbetet.
Lakegenskaper Materialsammansättning Gasbildningspotential
Analys
Jämförelse med tidigare studier samt gällande rikt- och gränsvärden
Framtida forskning Förslag Skjuvhållfasthet Kompression Densitet Porositet Svälltryck Fältkapacitet Permeabilitet Rasvinkel Kornstorleks-fördelning Projektplan
-Framtagande av syfte och mål -Tidplan för genomförande
Bakgrund
Beskrivning av process för mekanisk neddelning
Okulärbesiktning
Fotografering av inkommande avfall till anläggningen
Litteraturstudie
Tidigare erfarenheter från bearbetning av färsk och utgrävd deponirest, orsaker till stabilitetsproblem, representativt prov-uttag
Underlag för jämförelse och bedömning av den upparbetade deponiresten på Högbytorp
Provplan
Representativitet, metod, utrustning
Provuttag och provneddelning
-En månads inkommande avfall -Strängmetod, spaltneddelningsapparat Laboratoriearbete -Mekanisk karaktärisering -Biogeokemisk karaktärisering Resultat Bearbetning, sammanställning
Slutsats och rekommendationer
-Vilka egenskaper har den upparbetade deponiresten
-Hur kan den upparbetade deponi-resten deponeras på ett säkert sätt
Uppstart Data-insamling Planerings-fas Genom- förande Bearbetning och utvärdering Mål
Inledning
1.5.1 Litteraturstudie
Litteraturstudien baserades på vetenskapliga artiklar, rapporter, böcker, konferenshandlingar, Internetkällor och dess referenser som berör provtagningsteorier, bearbetning av färsk och utgrävd deponirest, stabilitetsproblem i deponier samt mekaniska och biogeokemiska egenskaper på hushållsavfall och jordar. Målet med litteraturstudien var att ta fram ett underlag för jämförelse och bedömning av den upparbetade deponirestens mekaniska och biogeokemiska egenskaper. Jämförelsevärden har delats in i tre kategorier; 1) traditionellt hushållsavfall som avser att deponeras (THA), 2) utgrävd upparbetad deponirest (UUD), och 3) jordmaterial (JM).
Metodproblem under litteraturstudien var svårigheter i att få fram originalkällan då flertalet artiklar var gamla eller utgjordes av konferenshandlingar som inte fanns tillgängliga via databaser. Om uppgifterna ansågs starkt bidra till en bra uppfattning om hushållsavfalls egenskaper valdes källorna att citeras. Eftersom tillgängligheten på jämförelsevärden för avfall var begränsad, ansågs även egenskaper på jord som en bra jämförelse.
Litteraturstudien finns att läsa i Bilaga B – Litteraturstudie. 1.5.2 Laboratorieförsök
För att kartlägga den upparbetade deponirestens mekaniska och biogeokemiska egenskaper genomfördes laboratoriearbete under januari och februari 2013. Laboratorieförsök genomfördes på Högbytorp och vid Luleå tekniska universitet samt att prover skickades på analys till Väglaboratoriet i Norr respektive ALS Scandinavia AB.
De mekaniska egenskaperna som karaktäriserades för den upparbetade deponiresten var rasvinkel, kornstorleksfördelning, skjuvhållfasthet, kompression, densitet, porositet, svälltryck, fältkapacitet och permeabilitet. Karaktäriseringen genomfördes för att kartlägga materialets rasrisk samt flödesvägar för vatten och gas.
De biogeokemiska egenskaperna som karaktäriserades för den upparbetade
deponiresten var materialsammansättning, lakegenskaper och
gasbildningspotential. Karaktäriseringen genomfördes för att kartlägga materialets organiska innehåll, lakegenskaper och deponigasbildningspotential. Metoder för att utföra laboratorieförsök baserades i första hand på standarder för avfall eller jord. Kompressionsförsöken genomfördes i specialtillverkade
kompressionskärl med en diameter på 50 cm. Försöken låg även till grund för fler mekaniska bestämningar. Kompressionsförsöken utfördes inte enligt standard men principen var ungefär som vid ett öedometertest, dock utan dränering i botten och med en större diameter. Alla laboratorieförsök genomfördes i största mån i minst tre parallella försök för att kunna ange en standardavvikelse. Utöver uppmätt resultat finns även iakttagelser från försöken beskrivna i rapporten.
1.6 Tolkning av data
Tolkning av resultat från de utförda laborationerna valdes främst att göras genom grafer och tabeller samt i viss mån genom fotografier. Insamlade jämförelsevärden från litteraturstudien sammanställdes i tabeller.
Metodbeskrivning
2 METODBESKRIVNING
I kapitlet beskrivs hur den upparbetade deponiresten karaktäriserades med avseende på mekaniska och biogeokemiska egenskaper. För utförliga metodbeskrivningar hänvisas till Bilaga C - Metodbeskrivningar.
2.1 Okulärbesiktning
För att få en uppfattning om vilka avfall som fanns i deponiresten gjordes en okulärbesiktning av deponiresten innan upparbetning. Okulärbesiktningen skedde den 7 januari 2013 på Högbytorp. Deponiresten som besiktigades inkom till Högbytorp under december 2012 och januari 2013.
2.2 Provuttag och provneddelning
Provuttaget pågick under tre dagar och representerade en månads inkommande färsk deponirest under perioden december till januari. Vid provneddelningen tillämpades strängmetoden på cirka 360 m3 upparbetad deponirest. I enlighet med vad som framkom i litteraturstudien (baserat på Pierre Gy´s provtagningsteorier) borde provuttaget ha skett ur en fallande ström. Tanken att ta prov ur den fallande strömmen under trumsikten kunde dock inte genomföras på grund av resursbrist. För mer information se 1 Provuttag och provneddelning i Bilaga C – Metodbeskrivningar.
Inget provuttag på uppgrävd deponirest skedde eftersom brandrisken ansågs vara för stor vid en utgrävning.
2.2.1 Provhantering och transport
Totalt fylldes fyra stycken IBC-behållare om 1 m3 och ett 200 l plastfat med upparbetad deponirest. Två IBC-behållare med en totalvikt på cirka 1,3 ton
transporterades till Luleå tekniska universitet för mekanisk karaktärisering. Materialet i plastfatet delades ner med hjälp av en spaltneddelningsapparat tills att cirka 30 l kvarstod. Vid alla efterföljande laboratorieförsök tillämpades strängmetoden för ytterligare neddelning inför biogeokemisk karaktärisering samt bestämning av kornstorleksfördelning. För mer information se 1.1
Me to dbes k riv ni ng 5 T abe ll 2 -1 Samm anst äll ning av ge nomförda t ester för me kanisk re spe kti ve biogeok emisk karaktäris ering av de n me kaniskt upparbetade d eponir esten. Re fer enser av se r kap it el i bil aga C för u tf örli g me todbesk rivning. Forts ätt ning av tabell på näst a si da. E g ens k a p M et o d B esk r iv nin g Ref er ens (bil a g a C) Me k a nis k k a ra k tä ris erin g Ra sv in k el B estä m n in g a v r asv in k el i fält . 3 6 0 m 3 , f ru set m ater ial. 2 .1 B estä m n in g a v r asv in k el i la b o rato riu m . 1 5 d m 3 , d rän er at m ater ial. 2 .2 K o rns to rleks - T o rr sik tn in g ( Sv e n sk s ta n d ar d , 2 0 0 1 a) . 0 ,0 6 3 – 3 2 m m . 3 .1 fö rdelnin g T v ätts ik tn in g ( S v e n sk s ta n d ar d , 2 0 1 2 ). 0 ,0 6 3 – 3 1 ,5 m m . 3 .2 S k juv hå llfa st het Dir ek ta sk ju v fö rs ö k . 90 s k ju v n in g . N o rm alsp ä n n in g 2 0 0 , 3 0 0 o ch 4 0 0 k P a. A n ta g et b ro ttv är d e 2 5 m m s k ju v fö rs k ju tn in g . 4 K o m pre ss io n Ko m p ress io n sk är l ( Ø 5 0 cm , d ju p 7 0 cm ). 4 st y c k en k o m p re ss io n so m g ån g ar u p p till 7 0 0 k P a. B er äk n in g a v k o m p res sio n si n d ex m . 5 .1– 5 .2 Densi tet Utan b elast n in g . U n d er o ch ef ter k o m p ress io n . P ro cto rp ac k n in g ( Sv e n sk s tan d ar d , 1 9 9 4 ). I s k ju v b o x ar e fter in p ac k n in g . B estä m n in g a v s k ry m d e n sitet, to rr d en sitet. B estä m n in g av sk ry m d e n sitet, to rr d en sitet o ch k o m p ak td en site t B estä m n in g a v s k ry m d e n sitet, to rr d en sitet B estä m n in g a v s k ry m d e n sitet, to rr d en sitet 6 T u n g h et ef ter k o m p ress io n . Fö r jäm fö relse m o t m o d eller av Z e k k o s, et al ( 2 0 0 6 ) o ch C h o u d h u ry & Sa v o ik a r ( 2 0 0 9 ). 6 .1 P o ro sit et Ko m p res sio n sk är l ( Ø 5 0 cm , d ju p 7 0 cm ). No rm a ls p än n in g 7 0 0 k P a. 7
6 E g ens k a p M et o d B esk r iv nin g Ref er ens (bil a g a C) Sv ä lln ing s-eg ens k a per Ko m p res sio n sk är l ( Ø 5 0 cm , d ju p 7 0 cm ). S v älltr y c k et g ic k ej att m äta m ed tä n k t m eto d v al. 8 F ä lt k a pa cit et Ko m p ress io n sk är l ( Ø 5 0 cm , d ju p 7 0 cm ). No rm a ls p än n in g 7 0 0 k P a. 9 P er m ea bi lite t Ko m p res sio n sk är l ( Ø 5 0 cm , d ju p 7 0 cm ). No rm a ls p än n in g 7 0 0 k P a. Up p åtr ik tat v atte n flö d e, k o n stan t v atte n tr y c k . 10 Sta bil it et s-pro ble m T u re r & T u rer s (2 0 1 1 ) s tab ilit ets m o d ell. - 11 B io g eo k em is k k a ra k tä ris erin g M a ter ia l-T S ( Sv en sk s ta n d ar d , 2 0 0 7 a) . - 1 2 .1 sa mm a ns ä tt nin g VS ( S v e n sk s ta n d ar d , 2 0 0 7 b ). Fö rs ö k v id 350 ◦ C , 5 5 0 ◦ C , 7 5 0 ◦ C o ch 9 2 5 ◦ C . 1 2 .2 T OC , T C , T IC ( Sv en sk s tan d a rd , 2 0 0 1 b ). - 1 2 .3 T o talh alt m eta ller ( IC P -AE S o ch IC P -SF MS) . Utf ö rd av AL S Sca n d in a v ia AB . 1 2 .4 L a k eg ens k a per Ko lo n n fö rs ö k i k o m p ress io n sk är l ( L /S 0 ,6 ). An al y ser at p å m etal ler , DOC o ch f o sf o r. 1 3 .1 Sk a k test ( L /S 1 0 ) ( Sv e n sk s ta n d ar d , 2 0 0 3 ). Stan d ar d m o d if ier ad f ö r an ae ro b u tlak n in g . An al y ser at p å m eta ller , DOC , k v ä v e o ch f o sf o r. 1 3 .2 Sti ck p ro v p å v atte n f rån h år d g jo rd a y to r An al y ser at p å m etal ler , DOC , k v ä v e o ch f o sf o r. 1 3 .3 Ga sbi ldn ing Kalo ri m etr is k t v är m e v är d e . Fu ll stä n d ig m in er alis er in g . 1 4 .1 C OD -an a ly s. Ke m is k o x id atio n . 1 4 .2 B MP -test . B io lo g is k o x id atio n . 1 4 .3
Resultat
3 RESULTAT
I kapitlet redovisas resultatet av karaktäriseringen av den upparbetade deponiresten med avseende på mekaniska och biogeokemiska egenskaper. För utförliga beräkningar och jämförelsevärden hänvisas till Bilaga E och Bilaga F. Endast färsk upparbetad deponirest karaktäriserades eftersom brandrisken ansågs vara för stor för att undersöka uppgrävd deponirest.
3.1 Okulärbesiktning
Vid okulärbesiktningen av deponiresten framkom bland annat följande föremål (Figur 3-1): soffor, isolering, glas, trä, IBC-behållare, armeringsjärn, betong, gips, sängar, plaströr, oljefat och plastpåsar. Deponiresten bestod uppskattningsvis av stora mängder industri- och byggavfall samt lite mindre mängd grovsopor från hushållsavfall.
3.2 Provuttag och provhantering
Iakttagelser under provneddelningen var att vattnet i den upparbetade deponiresten var fruset och att materialet därför upplevdes som ”torrt”. I högen med upparbetad deponirest förekom material som hade bildat stora aggregat och som inte kunde hackas isär med spade.
Under transporten till Luleå tekniska universitet och efterföljande förvaring (ett dygn i rumstemperatur) minskade volymen av den upparbetade deponiresten i IBC-behållarna med cirka 1/3. I samband med att den upparbetade deponiresten tinade dränerades materialet och stora mängder vatten ansamlades i botten på IBC-behållarna, uppskattningsvis cirka 200 liter. Under de följande 3 veckorna som det laborativa arbetet pågick började kvarlämnat material i IBC-behållarna att mögla. I en av behållarna började det växa gräs. Konsistensen på materialet var ”svampig” och det gick att trycka ut vatten genom att krama materialet i handen eller stampa på det med fötterna.
Material som hade förvarats i tätslutande plasthinkar luktade starkt av ammoniak då hinkarna öppnades efter 4 dygns förvaring.
I torrt tillstånd dammade materialet väldigt mycket. 3.3 Mekanisk karaktärisering
I stycket följer resultatet av den mekaniska karaktäriseringen. 3.3.1 Rasvinkel
Rasvinkel uppmätt under provneddelningen gav en rasvinkel på 31,7° (± 2,3°). Rasvinkel uppmätt i laboratorieskala gav en rasvikel på 46,0° (± 3,2°). Rasvinkeln ur ”slaskhögen” med komprimerad upparbetad deponirest till 700 kPa var stabil med vertikala vinklar. Även med vinklar uppemot 110° var ”slaskhögen” stabil. För fullständiga delresultat och jämförelsevärden se 1 Rasvinkel i Bilaga E - Resultat mekaniska egenskaper.
Iakttagelser från provneddelningen var att en jämn rasvinkel bildades när material rullade fritt ner utan påverkan från grävskopan. När det fanns ett mothåll i högen varifrån grävskopan tog material kunde nästintill vertikala rasvinklar uppstå. Rasvinklarna var dock ej helt stabila utan små materialbitar rasade ner då och då.
Resultat
3.3.2 Kornstorleksfördelning
Sammanställning av siktkurvorna från torrsiktning och tvättsiktning som ett medelvärde för de tre proverna erhålls i Figur 3-2. För sammanställning av resultatet i tabellform samt siktkurva separat för de tre proverna se 2 Kornstorleksfördelning i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper. Resultatet visar på en liten skillnad mellan de tre olika siktproverna för den upparbetade deponiresten. Större skillnad var det mellan torrsikt och tvättsikt där andel finfraktion < 0,063 mm för torrsikt var 5,0 % och andel finfraktion < 0,063 mm för tvättsikt var 19,2 %.
En jämförelse mot siktkurvor för tre olika jordar kan ses under 2.1 Jämförande siktkurvor i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
Beroende på maskvidden på sikten kunde olika materialfraktioner skådas. Gips och glasbitar erhölls vid maskvidd > 8 mm och isolering och fluffiga material syntes i maskvidder från 2,0–0,25 mm. I de mindre maskvidderna gick inte att urskilja några beståndsdelar. För bilder från torrsiktningen se 2.2 Bilder från torrsiktningen i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
Figur 3-2 Siktkurva baserad på medelvärde för passerande vikt-% för torrsikt och tvättsikt för de tre proverna.
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 32 16 8 4 2 1 0,5 0,25 0,12 5 0,06 3 < 0,063 Pas ser an d e m än gd [ vi kt -%] Siktmaskvidd [mm]
Passerar torrsikt medel [%] Passerar tvättsikt medel [%]
Beräkning av graderingstalet baserades på värden utifrån siktkurvan med medelvärde på passerande vikt-%. Graderingstalet beräknades med Ekv 3-1 i Bilaga C – Metodbeskrivningar med utgångspunkt på finfraktionen uppmätt med tvättsikt. D10 = 0,063 mm och d60 = 2,5 mm innebär ett graderingstal på
40. Ett graderingstal på 40 betyder ett månggraderat material.
En geoteknisk klassificering av kornstorleksfördelningen baserades på medelvärde på passerande vikt-% i siktkurvan enligt metod beskriven under kornstorleksfördelning i Bilaga B – Litteraturstudien. Fraktionsfördelning för den upparbetade deponiresten var: grus 45 %, vilket är huvudord, samt sand 35 % och silt 20 %, vilka är tilläggsord. Den upparbetade deponiresten klassificeras som en siltig sandig grus (sisaGr).
Iakttagelser under torrsiktningen var att vatten dränerade till botten av bägaren och kokades under torkningen. Vattnet i botten på bägaren innehöll finmaterial som bildade en hård beläggning om någon mm. Det dammade av den torkade upparbetade deponiresten och munskydd användes. Ingen av siktningarna visade material större än 16 mm men i den upparbetade deponiresten kan det förekomma enstaka fraktioner som är större.
3.3.3 Skjuvhållfasthet
Sammanställning över resultat på data inför direkta skjuvförsök av de tre skjuvboxarna erhålls i 3.1 Data skjuvförsök i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
Resultat på uppmätt data från de tre direkta skjuvförsöken redovisas i grafer i 3.2 Grafer över skjuvförsök i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper. Skjuvspänningen ökade med skjuvförskjutningen under hela försöket och den upparbetade deponiresten uppvisade inget brottvärde. En skjuvförskjutning om 25 mm antogs därmed motsvara brott för samtliga skjuvförsök. En skjuvspänning och normalspänning utlästes vid en skjuvförskjutning på 25 mm och resultatet redovisas i Tabell 3-1. I Figur 3-3 plottas den uppmätta brottenveloppen.
Resultat
Tabell 3-1 Skjuvspänning (τ) och normalspänning (σ) vid antaget brottvärde.
Skjuvbox [kPa] [kPa] 1 373 379 2 250 316 3 462 552
Figur 3-3 Brottenveloppen för den upparbetade deponiresten baserad på Mohr-Coulums brottkriterium.
Utifrån ekvationen till trendlinjen i Figur 3-3 utläses kohesionsinterceptet, c, till 26. Utifrån Mohr-Coulums brottkriterium och ovanstående figur beräknas till 47. Det innebär att den upparbetade deponiresten har följande brottenvelopp:
Ekv. 3-1
Jämförelsevärden för skjuvhållfasthet återfinns i 3.3 Jämförelsevärden skjuvhållfasthet i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
Iakttagelser var att vid inpackningen samt skjuvningen av skjuvboxarna dränerade lite vatten, uppskattningsvis ett par ml. Ur brottytan efter skjuvning som var skrovlig syntes hur små träflisor, ståltrådar med mera stack upp.
y = 1,0761x + 26,264 R² = 0,8815 0 100 200 300 400 500 600 700 0 100 200 300 400 500 600 Skju vsp än n in g, [kPa] Normalspänning , [kPa]
3.3.4 Kompressionsegenskaper
Data för den upparbetade deponiresten innan kompression samt för kompressionskärlen finns tabellerat under 4.1 Data kompressionskärl i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
Grafer som sammanställer de fyra kompressionsomgångarna för de tre kompressionskärlen finns under 4.2 Grafer över komprimeringsutförandet i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper. I graferna plottas påförd last från den servostyrda cylindern, läget för LVDT (linear variable differential transformer), läget för stroken och påförd last på lastcellen.
Initial kompression av den upparbetade deponiresten antogs ha uppnåtts direkt efter att fjärde komprimeringen genomfördes. Initial kompression vid 700 kPa för den upparbetade deponiresten var 56,04 % ( 1,65). Med antagande om att underliggande gruslager komprimeras var initial kompression för den upparbetade deponiresten 54,62 % ( 1,81). I Figur 3-4 sammanställs initial kompression angivet i % av den upparbetade deponiresten vid olika normalspänning för samtliga kompressionskärl. Sammanställning över initial kompression angivet i % av den upparbetade deponiresten vid olika normalspänningar för samtliga kompressionskärl med antagande om kompression av underliggande gruslager återfinns i Figur 4-9 under 4.3 Resultat kompression i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper. För fullständiga tabeller över resultat för respektive komprimeringskärl se 4.3 Resultat kompression i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
Resultat
Figur 3-4 Initial kompression angivit i % av den upparbetade deponiresten vid olika normalspänningar för kompressionskärl 1, 2 och 3.
Kompressionsindex för den upparbetade deponiresten beräknades utifrån en rät linje för de tre kärlen i Figur 3-5. Kompressionsindex för den upparbetade deponiresten var 0,193 (± 0,005). Kompressionsindex för den upparbetade deponiresten med antagande om att underliggande gruslager komprimerades beräknades utifrån en rät linje för de tre kärlen i Figur 4-10 under 4.3 Resultat kompression i Bilaga E – Resultat Mekaniska egenskaper. Kompressionsindex för det upparbetade deponiresten med antaganden om att underliggande gruslager komprimerades var 0,188 (± 0,005).
0 10 20 30 40 50 60 0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 T o ta l k o m pri m er ing , ε [%] Normalspänning, [kPa] Kompressionskärl 1 Kompressionskärl 2 Kompressionskärl 3
Figur 3-5 Figuren visar initial kompression i förhållande till logaritmisk skala av normalspänning. Kompressionsindex för den upparbetade deponiresten beräknades utifrån ett medelvärde av den räta linjen för de tre kärlen i ovanstående figur.
Jämförelsevärden för skjuvhållfasthet återfinns i 4.4 Jämförelsevärden kompression i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
Iakttagelser från kompressionen var att normalspänningen relaxerade efter att lasten från den servostyrda cylindern togs bort eller efter åtdragning av stödsystemet. När materialmängden i IBC-behållaren minskade hoppade materialupptagaren ner i behållaren för att plocka upp material till kompressionstestet. I och med det höga vatteninnehållet i den nedre delen av IBC-behållaren sjönk materialupptagaren ner ungefär 5 cm i materialet.
3.3.5 Densitet
Resultat för de två genomförda proctorpackningarna återfinns i 5.1 Proctorpackning i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
Resultat över uppmätt skrymdensitet, torrdensitet och kompaktdensitet och dess standardavvikelse genom de olika metoderna visas i Tabell 3-2. Fullständig tabell finns i 5.3 Skrymdensitet, torrdensitet och kompaktdensitet i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
0 10 20 30 40 50 60 1 10 100 1000 T o ta l k o m pri m er ing , ε [%] Normalspänning, [kPa] Kärl 1 Kärl 2 Kärl 3
Resultat
Tabell 3-2 Sammanställning över medelvärden och standardavvikelser för uppmätta skrymdensiteter, torrdensiteter och kompaktdensiteter. Siffrorna under metod nr står för 1) utan belastning i samband med provneddelningen samt innan komprimering av kompressionskärlen, 2) under och efter kompression i kompressionskärlen 3) proctorpackning och 4) i skjuvboxarna efter inpackning. Metod nr [kPa] [ton/m3] d [ton/m3] s [ton/m3] 1 0 0,65 0,36 ± 0,04 0,09 2 65 0,92 0,59 ± 0,10 0,08 2 700 1,55 1,01 2,19 ± 0,06 0,04 0,20 2 700* 1,51 0,99 2,08 ± 0,04 0,02 0,13 3 500** 0,77 0,51 4 - 1,56 1,01 ± 0,06 0,05
*Inkl komprimering av underliggande gruslager ** Enhet [kJ/m2]
Jämförelsevärden för densitet återfinns under 5.4 Jämförelsevärden densitet i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
Iakttagelser från densitetsbestämningen var det problematiska packningsarbetet vid proctorpackning vid högt vatteninnehåll. För mer information se 5.2 Bilder från proctopackningen i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
Tunghet
Tungheten för den upparbetade deponiresten var vid ytan 6,4 kN/m3, på cirka 6,5–10 m djup 9,0 kN/m3 och vid ett djup på cirka 35 m 15,0 kN/m3. Tabellerat resultat samt jämförelsevärden med modeller återfinns i 5.5 Tunghet i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
3.3.6 Porositet
Porositeten för den upparbetade deponiresten uppmättes till 52,99 (± 0,89) % baserad på olika antagande om komprimering av underliggande gruslager och avdunstning av vatten ovan metallskivan. Uppmätt porositet varierade mellan
de olika kompressionskärlen. Utan några antaganden om komprimering av underliggande gruslager samt avdunstning av vatten ovan metallskivan uppmättes porositeten till 53,98 (± 2,09) %. För fullständiga resultat se 6 Porositet i Bilaga E – Resultat för mekaniska egenskaper.
Jämförelsevärden för uppmätt densitet återfinns under 6.1 Jämförelsevärden porositet i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
3.3.7 Svälltryck
Efter kompressionsomgång 2 hade alla tre kompressionskärl utsatts för normalspänningar om cirka 360 kPa och svälltrycket antogs vara försumbart vid så pass höga normalspänningar eftersom materialet redan hade släppt ifrån sig vatten. Mellan kompressionsomgång 1 och 2 började vatten sippra upp ovan metallskivan i kompressionskärlen och redan innan normalspänningar på 360 kPa antogs svälltryckt vara försumbart. För tabell över resultat och jämförelsevärden se 7 Svälltryck i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper. 3.3.8 Fältkapacitet
Fältkapaciteten vid 700 kPa beräknades till 54 (± 0,2) vikt-%. För beräkning och jämförelsevärden se 8 Fältkapacitet i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
3.3.9 Permeabilitet
Permeabiliteten i den upparbetade deponiresten uppmättes till 6,7 × 10-9 (± 2,5 × 10-9) m/s vid en normalspänning på 700 kPa. Den statistiska bearbetningen visade att det inte fanns någon statistisk signifikant skillnad mellan medelvärdena från respektive kompressionskärl på en 95 % konfidensnivå. För fullständiga resultat se 9 Fältkapacitet i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper.
Permeabiliteten i kompressionskärlen visas i Figur 3-6 (som funktion av tid). I Figur 3-6 kan det utläsas att permeabiliteten inledningsvis antog värden högre än 10-8 m/s för att sedan stabilisera sig på en nivå lägre än 10-8 m/s. Eftersom normalspänningen relaxerade under försöket och lasten därför pumpades upp vid ett flertal tillfällen var det svårt att utvärdera permeabiliteten som funktion av tid. Figur 9-2 i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper visar därför hur permeabiliteten varierade som funktion av relaxerande normalspänning. Inget
Resultat
samband för permeabiliteten som funktion av relaxerande normalspänning kunde dock utläsas ur figuren.
Innan permeabilitetsmätningen startade observerades en skummande vattenyta i kompressionskärl 1. I kompressionskärl 2 observerades rödaktiga fällningar på vattenytan. Vid samma tidpunkt noterades även en stark lukt av fettsyror. Kärlen hade då stått monterade i 10 dygn. När vattnet kopplades in i kärlen observerades luftbubblor på insidan längs kanten på samtliga kärl. Figur 9-1 i Bilaga E – Resultat mekaniska egenskaper visar vilken färg lakvattnet hade efter 20 dagar.
Figur 3-6 K (m/s) som funktion av tid (h) för upparbetad deponirest under en normalspänning på 700 kPa i cylinderformat kompressionskärl med diametern 0,5 m.
3.3.10 Stabilitetsmodeller
Tabell 3-3 visar rekommenderad kritisk släntvinkel vid olika antagande om portrycksförhållanden samt säkerhetsfaktor för deponin som den upparbetade deponiresten avser att deponeras på utifrån Turer & Turers (2011) stabilitetsmodell. 0,0E+00 5,0E-09 1,0E-08 1,5E-08 2,0E-08 2,5E-08 0 100 200 300 400 500 P er m ea bil it et [ m /s ] Tid [h] Kompressionskärl 1 Kompressionskärl 2 Kompressionskärl 3
Tabell 3-3 Resultat över kritisk släntvinkel med olika antaganden om portrycksförhållande, säkerhetsfaktor samt deponeringshöjd utifrån stabilitetsmodell av Turer & Turer (2011).
Portrycks- förhållande Säkerhetsfaktor Höjd [m] Släntvinkel [°] 0 1 35 42 0 1,35 35 30 0 1,5 35 28 0,2 1 35 33 0,2 1,35 35 25 0,2 1,5 35 23 0,4 1 35 21 0,4 1,35 35 20 0,4 1,5 35 18 0,5 1 35 23 0,5 1,35 35 18 0,5 1,5 35 15 3.4 Biogeokemisk karaktärisering
I detta stycke följer resultatet av den biogeokemiska karaktäriseringen. 3.4.1 Materialsammansättning
Den upparbetade deponiresten analyserades på TS, VS, TOC och totalhalt av olika element.
TS
TS i den upparbetade deponiresten var 47 (± 5,6) %. För fullständiga resultat och jämförelsevärden se 1.1 Resultat TS och 1.2 Jämförelsevärden i Bilaga F – Resultat biogeokemiska egenskaper.
VS
VS i den upparbetade deponiresten var 15 % TS (Tabell 3-4). Vid högre temperaturer förbrändes ytterligare 3,2 respektive 0,16 % av TS. För
Resultat
fullständiga resultat och jämförelsevärden se 1.3 Resultat VS och 1.4 Jämförelsevärden i Bilaga F – Resultat biogeokemiska egenskaper.
Tabell 3-4 VS vid upphettning av upparbetad deponirest under olika temperaturer. Temperatur (◦C) VS [vikt-% TS] ± 350 9,52 2,99 550 14,7 5,06 750 17,8 5,98 3,2 925 18,0 6,01 0,16 TOC, TC, IC
Det organiska innehållet i den upparbetade deponiresten visas i Tabell 3-5. TOC uppmättes till 15 % TS. För fullständiga resultat och jämförelsevärden se 1.6 Resultat TOC, IC, IC och 1.7 Jämförelsevärden i Bilaga F – Resultat biogeokemiska egenskaper.
Tabell 3-5 Organiskt och oorganiskt innehåll i upparbetad deponirest (i % TS).
TOC ± TC ± IC ±
15,1 4,38 21,3 9,82 6,17 12,5
Totalhalt
I Tabell 3-6 visas totalhalten av olika element i den upparbetade deponiresten. Som framgår av tabellen överskred arsenik, barium, kadmium, krom, koppar, kvicksilver, nickel, bly, antimon och zink Naturvårdsverkets riktvärden för känslig markanvändning. Av dessa element skulle dock kadmium, kvicksilver, nickel, bly och antimon klara riktvärdena för mindre känslig markanvändning. Av de ämnen som omfattas av Naturvårdsverkets riktvärden för förorenad mark var det bara kobolt, molybden och vanadin som inte överskred riktvärdena. För fullständiga resultat se 1.8 Resultat totalhaltanalys i Bilaga F – Resultat biogeokemiska egenskaper.
I Tabell 3-6 visas även kriterierna för avfall som får deponeras på farlig respektive farligt avfall som får deponeras på icke-farlig deponi. Kriterierna avser gränsvärden för utlakning i mg/kg TS vid L/S 10 och jämförs i tabellen med den uppmätta totalhalten. Totalhalten av arsenik, barium, kadmium, krom,
koppar, kvicksilver, nickel, bly, antimon respektive zink överskred gränsvärdena för utlakning från farligt avfall som läggs på icke-farlig deponi. Av dessa element överskred nickel, bly och antimon även gränsvärdena för utlakning från farligt avfall som läggs på farlig deponi.
I jämförelse med vad som tidigare rapporterats var halterna av arsenik, barium, krom, koppar, nickel, vanadin och zink högre. Kadmium, kvicksilver och bly låg inom storleksordningen för vad som tidigare rapporterats. För jämförelsevärden se 1.9 Jämförelsevärden i Bilaga F – Resultat biogeokemiska egenskaper.
I Figur 3-7 jämförs totalhalten med lakvatten från skaktest vid L/S 10, se vidare 3.4.2.
Tabell 3-6 Totalhaltanalys på upparbetad deponirest för metaller (i mg/kg TS). I tabellen anges riktvärden för förorenad mark samt kriterier som ej får överskridas för farligt avfall som läggs på deponi för icke-farligt avfall (IFA) respektive kriterier som ej får överskridas för avfall som läggs på deponier för farligt avfall (FA). Rödmarkerad innebär att halten översteg samtliga riktvärden och kriterier. Orangemarkerad innebär att halten översteg något av riktvärdena och kriterierna. MKM = mindre känslig markanvändning och KM = känslig markanvändning. Ackrediterat laboratorium ALS Scandinavia AB.
Upparbetad deponirest Riktvärden för
förorenad mark1) Kriterier för avfall som får läggas på deponi3) Element Medel (median) ± KM MKM IFA FA TS (%) 51,3 (51,2) 2,55 As 31,7 (35,3) 19,1 10 25 2 25 Ba 1167 (1130) 425,7 200 300 100 300 Be 0,97 (0,96) 0,053 Cd 1,76 (1,77) 0,305 0,5 15 1 5 Co 14,6 (17,6) 5,41 15 35 Cr 151 (125) 47,4 80 150 10 70 Cu 1116 (620,0) 1299 80 200 50 100 Hg 0,279 (0,260) 0,135 0,25 2,5 0,2 2 Mo 4,47 (3,99) 2,88 40 100 10 30 Nb 6,31 (6,09) 0,842 Ni 88,2 (81,0) 32,8 40 120 10 40 Pb 274 (246) 107 50 400 10 50 S 15 758 (3870) 23 296 Sb 15,9 (8,24) 15,4 12 30 0,7 5
Resultat
Upparbetad deponirest Riktvärden för
förorenad mark1) Kriterier för avfall som får läggas på deponi3) Sc 4,66 (4,27) 0,957 Sn 53,7 (15,4) 70,4 Sr 444 (426) 65,5 V 48,2 (45,8) 5,64 100 200 W 3,82 (3,92) 0,819 Y 12,5 (11,9) 1,37 Zn 1490 (1490) 260 250 500 50 200 Zr 141 (139) 20,6 COD2) 71 179 (90 588) 42 736 1) Naturvårdsverket rapport 5976 (mg/kg TS).
2) Analys gjord på Luleå tekniska universitet vid L/S 100, 24 h omrörning.
3) 30 och 34 § i NFS 2004:10. Gränsvärden angivna i mg/kg TS för utlakning vid L/S 10 l/kg.
3.4.2 Lakegenskaper
Analyser gjordes på vatten från hårdgjorda ytor samt på lakvatten vid L/S 0,6 respektive 10.
Vatten från hårdgjorda ytor
I Tabell 3-7 visas koncentrationen av olika element i dräneringsvattnet från den upparbetade deponiresten. Koncentrationerna av samtliga analyserade element var högre än vad tidigare analyser på vatten från hårdgjorda ytor på Högbytorp visat (för mars 2012 – mars 2013) med undantag för järn, krom och totalfosfor. Störst avvikelse uppvisade kobolt, koppar, kvicksilver och zink (fyra gånger högre koncentrationer) samt klorid (åtta gånger högre), sulfat (tre gånger högre) och totalkväve (tjugo gånger högre). Koncentrationen av kalium, magnesium, kobolt, molybden, nickel, antimon, klorid, sulfat, DOC respektive totalkväve var högre än vad som rapporterats av Junestedt, et al., (2003) i förorenat vatten från fyra olika hårdgjorda ytor för sortering av avfall.
I stapeldiagrammet i Figur 3-9 jämförs vattnet från hårdgjorda ytor med koncentrationen av olika element i lakvatten från kolonntest (L/S 0,6) och lakvatten från skaktest (L/S 10).
Tabell 3-7 Koncentrationen av olika element i vatten från hårdgjorda ytor för hantering av upparbetad deponirest. Fetmarkerade värden markerar att koncentrationen översteg ofiltrerat vatten från hårdgjorda ytor på Högbytorp där deponiresten normalt hanterats innan man började upparbeta deponiresten. Kursiverade värden markerar att koncentrationen översteg vad som rapporterats i tidigare studier.
Element Enhet Vatten från
hårdgjorda ytor Högby- torp1) (Junestedt, et al., 2003) pH - - 7,5±0,2 6,6–8,1 Fe mg/l 7,55 14±9 4,5–74 K mg/l 952 - 25-300 Mg mg/l 72,9 - 5,9–63 Na mg/l 950 - 56-1200 Al µg/l 190 - 600–34 000 As µg/l 21,6 16±7 4,3–90 Ba µg/l 242 - 59-1800 Cd µg/l 3,75 1,3±1 0,6-14 Co µg/l 79,7 19±26 8,1–70 Cr µg/l 34,4 52±37 6,4–160 Cu µg/l 613 150±110 50-1100 Hg µg/l 0,831 0,2±0,2 0,06-6,8 Mn µg/l 559 - 570-2500 Mo µg/l 145 - - - 95 Ni µg/l 291 190±360 17-120 Pb µg/l 81,7 60±40 13-1200 Sb µg/l 83,6 - 1,8–83 Se µg/l 7,77 - - - 3,6 Zn µg/l 2630 580±350 200-4200 S mg/l 603 - 190-780 Cl mg/l 1440 179±151 - - 1300 F mg/l < 0,400 - 0,4-0,8 SO4 mg/l 1810 560±321 530-950 DOC mg/l 4190 - 78-1600 P-tot mg/l 1,06 2,0±1,1 0,4-9,4 N-tot mg/l 526 23±9 9,8–120
Resultat
Kolonntest vid L/S 0,6
I Tabell 3-8 visas koncentrationerna i lakvattnet som togs från kompressionskärlen. L/S-kvoten för försöket beräknades till 0,6 (se Bilaga F – Resultat biogeokemiska egenskaper). Som framgår av tabellen var det endast koncentrationen av DOC som vid L/S 0,6 överskred motsvarande gränsvärden vid L/S 0,1 för farligt avfall som läggs på deponi för icke-farligt avfall. Koncentrationen av DOC var ungefär 5 gånger större än vad gränsvärdet för DOC tillåter vid L/S 0,1. Koncentrationen av alla element utom sulfat låg inom intervallet för vilka koncentrationer som rapporterats i acidogent lakvatten. Lakvattnets pH och redoxpotential kunde inte analyseras eftersom det tog upp till ett dygn att fylla provburkarna. Lakvattnet kunde därför inte klassificeras enligt SGU:s bedömningsgrunder för redox. En stark lukt av fettsyror observerades dock under provuttaget vilket antogs indikera att acidogen nedbrytning pågick i kompressionskärlen.
Tabell 3-8 Koncentrationen av olika element i lakvatten från kolonntest (L/S 0,6) i kompressionskärl (0,5 m i diameter) vid 700 kPa normalspänning. Medelvärde har beräknats på lakvatten från kompressionskärl 1, 2 och 3. Rödmarkerade värden markerar att kriterierna för farligt avfall som läggs på deponi för icke-farligt avfall (vid L/S 0,1) överskreds. I högra kolumnen jämförelsevärden på acidogent lakvatten. Fetmarkerade värden markerar att koncentrationen översteg vad som tidigare rapporterats i acidogent lakvatten. (Robinson & Gronow, 1993)
Ele-ment Enhet L/S 0,6 [±] c0 (L/S 0,1)1) (Ehrig, 1989), (Robinson & Gronow, 1993) Ca mg/l 1883 226 10 - 6240 Fe mg/l 75,1 5,42 20 - 2300 K mg/l 923 24,61 Mg mg/l 625 31,3 25 - 1150 Na mg/l 1230 142 Al µg/l 246 57,9 As µg/l 27,9 10,2 300 Ba µg/l 368 47,2 20000 Cd µg/l 1,55 0,100 300 Co µg/l 103 14,6 Cr µg/l 40,8 5,12 2500
Cu µg/l 104 28,9 30000 Hg µg/l 0,355 0,03 30 Mn µg/l 9377 1301 300 – 164 000 Mo µg/l 156 55,1 3500 Ni µg/l 479 119 3000 Pb µg/l 24,0 1,60 3000 Sb µg/l 77,2 7,47 150 Se µg/l 6,05 1,79 200 Zn µg/l 9960 1760 15 000 100 – 140 000 S mg/l 682 55,3 Cl mg/l 1720 255 8500 F mg/l < 0,500 - 40 SO4 mg/l 2067 176 7000 < 5 - 1750 DOC mg/l 4150 771 250 P-tot mg/l 0,463 0,249 N-tot mg/l - - pH - - - 4,5 - 7,8 TOC mg/l - - 1010 -29 000 COD mg/l - - 6000 – 152 000 BOD7 mg/l - - 4000 – 68 000 (BOD5) Kond. (mS/m) - - 430 - 2700 1) 30 § NFS 2004:10.
Skaktest vid L/S 10 under anaeroba förhållanden
I Tabell 3-9 visas koncentrationerna i lakvatten från skaktest vid L/S 10. Ur tabellen kan utläsas att koncentrationerna av antimon (Sb), zink och DOC överskred kriterierna för farligt avfall som läggs på deponi för icke-farligt avfall när 0,007 ml metanol tillsattes. När tillsatsen ökade till 7 ml metanol var det endast koncentrationen av DOC som överskred kriterierna för icke-farligt avfall.
En jämförelse visade att medelvärdet för koncentrationen av olika metaller vid 0,007 ml tillsatt metanol var signifikant skilt från medelvärdet vid 7 ml tillsatt metanol. Detsamma gällde koncentrationen av sulfat, fosfor och DOC. pH-värdet var neutralt i båda försök (7,5 respektive 7,8) och redox enligt bedömningsgrunder svagt aerob (12,0 respektive 67,3 mV). Stapeldiagrammet i Figur 3-7 tydliggör skillnaden i koncentrationen av olika element i försöken.
