Reducering av utlakning från rökgasreningsprodukter ... - Sysav

Reducering av
utlakning från
rökgasreningsprodukt
Rapport 2
Rötslam som reaktiv barriär och
Bambergaska - Lysimeterförsök
DAVID BENDZ
KARIN ÖBERG
PETER FLYHAMMAR
April 2004

Förord
Detta projekt har tillkommit på uppdrag av SYSAV Utveckling och är en fortsättning av ett
projekt som bedrivits inom ramen för det danska kompetenscentrat för restproduktteknologi,
C-res (www.c-res.dk) och som avrapporterats i Bendz och Flyhammar (2004).
I detta projekt har stabilisering av rökgasreningsprodukter (RGP) genom inblandning av rötat
avloppsreningsslam studerats i större skala än tidigare och under mer fältlika förhållanden i sk
lysimetrar.
Projektarbetet har i huvudsak utförts av Karin Öberg (SGI). Projektet startade i juni 2003 och
har fortlöpande avrapporterats i två PM.
Styrgruppen har bestått av Jonas Ek, Raul Grönholm, Jessica Johansson, Roland Olsson och
Juhanni Sirviö. Projektledare på Sysav har varit Raul Grönholm. Vi vill tacka styrgruppen för
stöd och vägledning vid genomförandet av detta projekt. Vi vill också passa på att tacka Kent
Björk, Mikael Elmstedt, Henrik Olsson, Anna Andersson och övrig personal på Sysav för
stort engagemang och ovärderlig praktisk hjälp.
Malmö april 2004
David Bendz
Projektledare, Statens Geotekniska Institut

Innehållsförteckning
1 Inledning............................................................................................................................. 4
1.1 Aktuell situation ............................................................................................................. 4
1.2 Tungmetaller i RGP - resultat från tidigare studier........................................................ 4
1.3 Implementering i fullskala ............................................................................................. 6
2. Målsättning......................................................................................................................... 6
3. Material och metod............................................................................................................. 7
3.1 Försöksuppställningen.................................................................................................... 7
3.2 Provtagning .................................................................................................................. 11
4. Resultat............................................................................................................................. 13
4.1 Vattenbalans................................................................................................................. 13
4.2 Konduktivitet, pH och TOC......................................................................................... 16
4.3 Resultat utlakning......................................................................................................... 17
4.4 Jämförelse och signifikans ........................................................................................... 20
5. Diskussion ........................................................................................................................ 23
6. Slutsats ............................................................................................................................. 25
Referenser................................................................................................................................. 26
3

1 Inledning
1.1 Aktuell situation
Sysavs gamla förbränningsanläggning är en rosterpanna med torr rening av rökgaserna.
Rökgasreningsprodukten (RGP) från den torra rökgasreningsprocessen består av flygaska och
kalk. Kalken tillförs i form av pulveriserad släckt kalk (Ca(OH)2) i reningsprocessen för att
reagera med de sura ämnena i rökgasen och för att adsorbera tungmetaller. Ungefär 8-9 kg
kalk tillsätts per ton avfall som förbränns, detta motsvarar cirka en tredjedel av massan i den
bildade RGP:n (personlig kommunikation Jessica Johansson, SYSAV). Stoftavskiljning sker
först i en cyklon (grövre partiklar) och, efter att kalken tillsatts, även i slangfilter. Urea
tillsätts direkt i eldstaden för att reducera kväveoxider.i rökgaserna.
I förbränningsanläggningen produceras årligen ca 6000 ton rökasreningsprodukter som idag
deponeras på Spillepeng avfallsdeponi utan förbehandling. Lakvattnet från deponin behandlas
i en speciell fällningsanläggning som togs i drift under år 2000. Principen för
fällningsanläggningen är att blanda det kalciumhaltiga lakvattnet från askcellen med det
vätekarbonatrika lakvattnet från biocellerna, justera pH nivån och fälla ut metaller som oxider
och karbonater.
I september 2003 invigdes Sysavs nya förbränningsanläggning som nu körs parallellt med den
gamla anläggningen för ökad förbränningskapacitet. I den nya ugnen förbränns ca 200 000
ton avfall per år. Rökgaserna från förbränningen passerar ett elektrofilter där den största delen
av stoftet tas bort för uppsamling i en asksilo. Efter elektrofiltret tvättas resterande rökgaser
med vatten i tre skrubbar. Vattnet kommer då att innehålla en stor del av föroreningarna från
rökgasen. Vattnet renas sedan med hjälp av den organiska fällningskemikalien trimercapto-striazin
(TMT) och ett fällningsslam bildas. Tvåvärda tungmetallerna i slammet är bundna till
TMT via sulfidbindningar med förekommer även som hydroxider och karbonater (Flyvbjerg
et al., 1996). Slammet blandas med aska från väggarna i pannan och elektrofiltret och bildar
en så kallad Bambergaska där överskottet av TMT utnyttjas för fastläggning av tvåvärda
tungmetaller. Under ett år bildas ca 8 000 ton Bambergaska.
1.2 Tungmetaller i RGP - resultat från tidigare studier
Generellt gäller att sammansättningen av RGP domineras av höga halter av Si, Ca, K, Na, S,
Cl, Al, Mg, Pb och Zn (Chandler et al., 1997). De metaller som är av störst intresse p g a
deras toxicitet och rikliga förekomst i RGP är As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb och Zn. Höga totalhalter
av bly i kombination med dess höga löslighet i en alkalisk miljö gör att bly förtjänar extra
uppmärksamhet vid utveckling av en deponeringsstrategi för RGP. Sannolikt härrör bly i
största utsträckningen från den brännbara delen (framförallt plast) av det avfall som tillförs
förbränningsanläggningen (Sandell et al., 1992). Bly tillhör tillsammans med Cd, Hg, As och
Zn en grupp element som p g a av deras relativt låga kokpunkt i hög grad återfinns i
flygaskan.
Tungmetallers löslighet är kontrollerad av pH, redox, förekomst av komplexbildare och
sorptionsfaser. Redox förhållandena påverkar vissa tungmetallers rörlighet direkt genom
reaktioner som förändrar metalljonens valens, ex Cr, eller indirekt via redoxkänsliga anioner,
som kan bilda lösta komplex och mineral med tungmetaller, och genom utfällning/upplösning
4

av viktiga sorptionsfaser som järnhydroxid. Med undantag av de tungmetaller som kan bilda
oxyanjoner, t.ex As och Cr(VI), gäller generellt att lösligheten minskar med ökande pH och
sjunkande redoxpotential. En del tungmetaller såsom bly, koppar, krom och zink uppvisar
amfotera egenskaper med ökande löslighet vid minskande pH och dessutom hög löslighet vid
mycket höga pH nivåer. Lösligheten för Cr styrs i neutrala och svagt reducerande miljöer av
krom(III)hydroxider och ökar vid både lägre och högre pH. I starkt oxiderande miljöer
oxideras krom till Cr(VI) vilket ökar lösligheten. Cr(VI) bildar oxyanjoner och lösligheten
kommer därför att stiga med ökande pH.
Under reducerande förhållanden och vid tillgång på svavel kan tungmetallkatjoner fällas ut
som sulfidmineral genom komplexbildning. Dessa sulfidmineral är svårlösliga i en
reducerande miljö. Benägenheten hos Ni, Zn, Cd, Pb och Cu att bilda svårlösliga
sulfidkomplex i reducerande miljöer är väldokumenterad. Cr är däremot inte känt för att bilda
stabila sulfidföreningar. Lakbarheten för koppar och nickel kan öka genom
komplexbindningar med lösta organiska substanser.
Resultat från tidigare studier av Sysavs RGP (Bendz och Flyhammar, 2004) visade att
lösligheten för Pb, men även Cu och Cr, är mycket känslig för exponering för atmosfären. Vid
L/S 10 var lösligheten för bly i ett öppet system ca 90 mg/l medan lösligheten i ett slutet
system var nästan två tiopotenser lägre, 2mg/l. Fastläggningsfaserna visade sig vara instabila
och gick snabbt i lösning vid exponering för atmosfären. Detta kan tolkas som ett beroende av
redoxförhållandena. En alternativ tolkning är att blyets varierande löslighet styrs av
karbonatsystemet. I ett öppet system kommer det att etableras jämvikt mellan vattenfasen och
koldioxidens partialtryck i atmosfären. I ett alkaliskt system kommer stora mängder koldioxid
att lösa sig och en ökande löslighet kan i såfall förklaras av bildandet av karbonat komplex.
Dessa resultat visar att om man kan etablera en sluten miljö där den deponerade RGP:n ej är
exponerad för atmosfären så kommer detta att vara mycket gynnsamt för att minimera de
utlakade mängderna.
Tillsats av rötslam visade sig ha en mycket gynnsam inverkan på lösligheten för Cu, Cr, Zn,
Cd och Pb. Det höga sulfidinnehållet i rötslam i kombination med slammets syreförbrukande
egenskaper bidrar med en reducerande miljö, vilket gör att tungmetallkatjoner kan fällas ut
som sulfidmineral. Lösligheten för dessa mineraler är låg. Rötslammet förväntas också öka
sorptionskapaciteten. Resultat från kolonnförsök visade att de utlakade mängderna av Cu, Cr,
Zn, Cd och Pb (ordnade i stigande fastläggningsgrad) reducerades med mellan en tiopotens
(Cu) och 5 tiopotenser (Pb) då 17% rötslam hade tillförts RGP:n. En jämförelse med
acceptanskriterierna för inert avfall visade att för samtliga tungmetaller, med undantag av Ni,
så understeg de utlakade mängderna gränsvärdena för avfall som får mottas på en deponi för
inert avfall. I samtliga fall gav kolonnen där rötslam tillsatts som ett filter, de lägsta utlakade
mängderna. Med undantag av Cd, så är en orsak till detta sannolikt att rötslamsfiltret buffrar
vi en lägre pH-nivå, vilket är gynnsamt för dessa tungmetallers mobilitet. Lösligheten för Ni
påverkades däremot negativt vid tillsats av rötslam och den utlakade mängden ökade med en
tiopotens jämfört med den referens RGP:n.
I Bendz och Flyhammar (2004) föreslogs att fortsatta studier bör vara inriktade på att studera
stabiliseringsmetoden i större skala under mer fältlika förhållanden.
5

1.3 Implementering i fullskala
I figur 1 illustreras tänkbara sätt att applicera tekniken i fullskala. En möjlighet är att försöka
skapa en homogen blandning av rötslam och aska (a) genom en mobil (eller stationär)
skruvblandare. Ett annat alternativ är att bygga upp deponin med barriärer av rötslam i
deponibotten (b), eller som mellantäckning (c) alternativt som täckning i tippsåret (d). Ett
tredje alternativ är att använda sig av rötslam som ett reaktivt filter i ett separat system dit
lakvattnet leds (e). Dessa alternativ illustreras schematiskt i figur 1.
Figur 1 Schematisk illustration av olika alternativ för hur man kan tillföra rötslam
i en RGP-deponi
Ovanstående alternativ för uppbyggnad av deponi med rötslam låg till grund för planeringen
av de lysimeterförsök som utfördes i detta projekt.
2. Målsättning
Målsättningen med detta projekt är att undersöka utlakningsegenskaperna i lysimeterskala för
rötslamstabiliserad rökgasreningsaska (från Sysavs gamla förbränningsanläggning), samt att
utvärdera dess potential som stabiliseringsmetod vid deponering av RGP (framförallt med
avseende på bly). Målsättningen i projektet var också att med lysimeterförsök undersöka
utlakningsegenskaperna för Bambergstabiliserad aska från Sysavs nya
förbränningsanläggning. Avsikten med att använda lysimetrar är att skapa lakförhållanden
som är mer realistiska än vad som kan åstadkommas genom kolonnförsök i lab.
Projektet är en jämförande studie av utlakningen från fyra lysimetrar av vilka 2-4 byggdes
upp för att representera de olika deponeringsalternativ som presenteras i kapitel 1.3:
1. Bambergstabiliserad aska från den nya förbränningsanläggningen
2. RGP (referens) med ett separat rötslamsfilter
3. RGP och rötslam varvat i lager
4. RGP blandat med rötslam
Mängden rötslam i lysimeter 2-4 motsvarar 20 torrvikt-%.
a
b
e
6
c
RGP
Rötslam
d

3. Material och metod
3.1 Försöksuppställningen
Som lysimetrar användes fyra stycken behållare av hårdplast med måtten 930*1150*1000
mm. Lysimetrarna var begagnade och tvättades därför grundligt med först diskmedel och
sedan syra före vidare användning. De tomma lysimetrarna vägdes på en balkvåg med
noggrannheten 0,5 kg. Tunna skivor av hårdplast perforerades med hålslagare och placerades
framför utflödet längst ned på lysimetrarnas kortsida för att förhindra att dräneringsmaterialet
passerade ut i lysimetrarnas utlopp, se figur 2.
Figur 2 Dräneringslager av grov glaskross och sil av perforerad hårdplast vid
lysimeterns utlopp
Lysimetrarna fylldes i botten med ett 8 cm tjockt lager av grovt glaskross, Ø 4-8 mm, varpå
de syratvättades med HNO3. Ett finare glaskross, Ø 0-1,8 mm, syratvättades separat i baljor.
Det fina glaskrosset placerades sedan ovanpå det grövre lagret, ca 22 kg fint glaskross per
lysimeter. Lysimetrarna fylldes sedan delvis med kranvatten och stod med vatten upp över
glaskrosset i ca 10 h, varpå prov togs på utgående vatten för kontroll av pH, konduktivitet och
tungmetallinnehåll. Lysimetrarna tömdes på vatten och vägdes med dräneringslagret på plats.
En av lysimetrarna fylldes med Bambergaska från den nya förbränningsanläggningen med
hjälp av hjulgrävare med skopa, se figur 3.
7

Figur 3 Lysimeter fylls med Bambergaska
RGP från Sysavs gamla förbränningsanläggning samt rötslam från Sjölunda reningsverk
hämtades för de resterande lysimetrarna. En andra lysimeter fylldes med enbart RGP för att
fungera som referens. En kolonn, Ø 530 mm, fylldes med rötslam för bevattning med
lakvattnet från referenslysimetern. I en tredje lysimeter varvades askan med rötslammet. Slam
placerades underst med ett lager aska över, och sedan ytterligare ett slam- och asklager, se
figur 4.
Figur 4 Slam och RGP varvas
I den fjärde lysimetern blandades slam och aska med spade till en homogen massa, se figur 5.
8

Figur 5 RGP och slam blandas till en homogen massa
Samma mängd slam och aska användes för de tre sistnämnda lysimetrarna. Sex prover
vardera togs från Bambergaska, rötslammet, samt askan från den gamla
förbränningsanläggningen vid ifyllnadstillfället för bestämning av initiell fukthalt. Efter
fukthaltsbestämning justerades innehållet i lysimetern med bambergaska så att den totala
mängden torrsubstans blev densamma i alla lysimetrarna. Uppbyggnaden för de fyra
lysimetrarna redovisas schematiskt i figur 6 och innehållet sammanfattas i tabell 1.
Bamberg Varvad Blandad Referens
_ Bamberg, 46 cm _ RGP, 25 cm/lager _ RGP + slam, 70 cm _ RGP, 50 cm
_ glaskross, 8 cm _ slam, 12 cm/lager _ glaskross, 8 cm _ glaskross, 8 cm
_ glaskross, 8 cm
Figur 6 Uppbyggnad och innehåll i de fyra lysimetrarna
9

Tabell 1. Innehåll i lysimetrarna och i kolonnen
Fukthalt
(%)
Bamberglysimeter
(kg TS)
Varvad
lysimeter
(kg TS)
10
Blandad
lysimeter
(kg TS)
Referens-
Lysimeter
(kg TS)
Kolonn
(kg TS)
Bambergaska 25,6 448 - - - -
RGP 14,5 - 361 361 361 -
Rötslam 66,0 - 87 87 - 185
Lysimetrarna placerades inomhus på lastpallar för att uppnå fallhöjd för utgående lakvatten.
För uppsamling av lakvattnet kopplades uppsamlingskärl på 95 l (500*600*350 mm) till
utloppet på lysimetrarna. Uppsamlingskärlen hölls fyllda med kvävgas för att förhindra att
lakvattnet exponerades för luft. Uppsamlingskärlen kopplades till vattenbad där kvävgasen,
kunde sippra ut allteftersom lakvattenmängden ökade, se figur 7.
Figur 7 Uppsamlingskärl inklusive anslutning till lysimeter och
tryckutjämningssystem för kvävgas
För att styra bevattningen av lysimetrarna användes en bevattningstimer, (Gardena C 1060
Profi), som ställdes in på fyra bevattningstillfällen per dygn, klockan 04.00, 10.00, 16.00 och
22.00. Vid varje bevattningstillfälle tillfördes 4,8 liter vatten per lysimeter under en
bevattningstid på 2 minuter. För att dysorna alltid skulle arbeta under det optimala arbetstrycket
1,5 bar kopplades en tryckutjämnare in i systemet efter timern. Därefter anslöts en
turbinflödesmätare, EDM, för kontroll av flöde samt total mängd tillfört vatten. Med hjälp av
en vattenfördelare delades vattentillförseln upp i fyra lika stora flöden, varefter ett grovfilter,
filterhållare FP050/1, placerades på vardera flödeslinje för att förhindra igensättning i
bevattningsanordningen. Ovanför varje lysimeter fästes en bevattningsanordning med 9
dimdysor ur Gardenas Micro-Drip system. Bevattningsanordningen fästes på en aluminiumställning
och justerades för en bevattningshöjd på ca 30 cm se figur 8.

Figur 8 Bevattningsanordning med 9 dimdysor
När uppsamlingskärlet från referenslysimetern fyllts upp (vilket motsvarar ca L/S 0.2) byttes
det ut mot ett tomt kärl och det uppfyllda kärlet anslöts till en peristaltisk slangpump för
bevattning av rötslamskolonnen. Pumpen ställdes in så att den gav ett flöde på 15 ml/min,
vilket är ungefär samma flöde med vilket lysimetrarna bevattnades. Från pumpen kopplades
lakvattnet till en bevattningsanordning ovan kolonnen bestående av fyra fast monterade dysor.
Dysorna placerades så att var och en av dem bevattnade en fjärdedel av kolonnytan.
Bevattningen av kolonnen stängdes av efter ca 270 liter, då det inte gick att upprätthålla det
önskvärda flödet p.g.a av den allt sämre infiltrationskapacitet i rötslamskolonnen.
3.2 Provtagning
Provtagning skedde vid L/S 0.1, 0.2, 0,5, 1 och 2. Uppsamlingskärlen rymde endast 95 liter
(vilket motsvarar ca L/S 0,2) och provtagning skedde så fort kärlen var fulla. Delproverna
blandades sedan proportionellt för att få prover som representerade L/S 0,5, 1 och 2. Vid
provtagning av lakvattnet stängdes inflödet till respektive uppsamlingsbehållare av. Ett ca 200
ml stort prov tappades ut i en provburk. Från provburken sögs 2*100 ml upp m h a en 50 ml
spruta och filtrerades med 0,45 µm filter, Minisart. Proven hälldes i två 100 ml flaskor, varpå
ett av proven syrasattes med 2 vol% koncentrerad HNO3. I väntan på analys förvarades
proven i kylskåp. Konduktivitet, pH och temperatur mättes på ett separat ofiltrerat prov. Efter
provtagningen tömdes uppsamlingskärlen på lakvatten och fylldes med kvävgas, varpå de åter
kopplades in i systemet.
Analysen av proven utfördes på institutionen för växtekologi, Lunds Universitet. Följande
tekniker användes:
11

• TOC analys utrustning för IC och DOC
• Jonkromatografi för Cl och SO4-S
• ICP AES för Al, As, B, Ba, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, K, Li, Mg, Mo, Mn, Na,
Ni, P, Pb, S, Se, Si, Sr, Ti, V, Zn, Zr
Den utrustning som användes var: TOC analys utrustning Shimandzu, jonkromatograf Dionex
med kolonntyp AG14 och AS14A samt ICP AES instrument P-E 3000DV.
12

4. Resultat
4.1 Vattenbalans
De fyra lysimetrarna hade varierande förmåga att magasinera vatten, vilket resulterade i att
lakvattenbildningen tog olika lång tid för lysimetrarna. Lysimetern med blandad slam och
aska samt Bamberglysimetern släppte igenom lakvatten redan efter en dag, medan det tog tio
dagar och 160 liter vatten innan referenslysimetern och den varvade lysimetern började släppa
igenom lakvatten. I figurerna 9 och 10 har den ackumulerade volymen tillfört vatten och de
ackumulerade volymerna bildat lakvatten plottats som funktion av tiden. De har plottats i två
olika diagram p g a att bevattningen av referenslysimetern stängdes av vid ett antal tillfällen.
Tillfört & utlakat vatten (l)
1200
1000
800
600
400
200
0
0 10 20 30 40 50 60
Tid (dagar)
Tillfört vatten Lakvatten blandad Lakvatten varvad Lakvatten Bamberg
Figur 9 Tillförd vattenvolym och bildad lakvattenvolym som funktion av tiden för
den blandade lysimetern, varvade lysimetern och Bamberglysimetern.
13

Tillfört och utlakat vatten (l)
1000
800
600
400
200
0
0 10 20 30 40 50 60 70
Tid (dagar)
Tillfört vatten Lakvatten referens
Figur 10 Tillförd vattenvolym och bildad lakvattenvolym som funktion av tiden för
referenslysimetern
Den totala mängden vatten som tillfördes för att uppnå L/S 2 var 1080 liter. För en deponi för
farligt avfall med högsta tillåtna infiltrationskapacitet på 5 mm per år motsvarar denna volym
tillfört vatten ca 200 års infiltration.
Referenslysimetern uppnådde direkt ett relativt konstant förhållande mellan inflöde och
utflöde när lakvattenbildningen väl kommit igång, medan den varvade lysimetern tog
ytterligare tio dagar på sig att uppnå steady state. I den blandade lysimetern och i
bamberglysimetern magasinerades vatten kontinuerligt och steady-state förhållande
uppnåddes inte under försökets tidsrymd. Den magasinerade vattenmängden, uttryckt i
volumetriskt vatteninnehåll har plottats som funktion av tiden i figur 11.
Volumetriskt vatteninnehåll (%)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 10 20 30 40 50 60 70
Tid (dagar)
14
Referens
Blandad
Varvad
Bamberg
Figur 11 Volumetriskt vatteninnehåll i lysimetrarna under försökets gång

Störst magasinering av vatten skedde i referenslysimetern och den varvade lysimetern.
Referenslysimetern uppvisade störst skillnad i vatteninnehåll mellan initiellt skede och steady
state. Den varvade lysimetern uppnådde det högsta vatteninnehållet under experimentet, se
tabell 2. Den höga fukthalten i rötslammet reflekteras i höga initiella fukthalter för den
blandade och den varvade lysimetern.
Tabell 2 Volumetriskt vatteninnehåll, initiellt och vid L/S 2
Vatteninnehåll (vol-%) Referens Blandad Varvad Bamberg
Initiellt 12 39 41 33
L/S 2 45 48 68 43
I figur 12 jämförs den ackumulerade utlakade kloridmängden från RGP:n, som bestämdes
genom skakförsök vid L/S 2 i en tidigare studie enligt standard NT ENVIR 005 (Bendz och
Flyhammar, 2004), med de utlakade mängderna från de tre RGP-lysimetrarna. Kloridjonerna i
askan är mycket lättlösliga och den utlakade mängden ger därför en indikation på hur stor del
av det fasta materialet som varit exponerat för vatten, d v s hur homogen uppfuktningen av
lysimetrarna varit. Resultatet från de tidigare skakförsöken representerar i detta sammanhang
den totalt möjliga utlakbara mängden av klorid vid L/S 2, vilken bestämts vara 201 000
mg/kg. Vid L/S 2 hade 93 % av den lakbara mänden av klorid lakats ur referenslysimetern,
vilket visar på en homogen distribution av vattnet i lysimetern. I den varvade och blandade
lysimetern var motsvarande siffra 76 respektive 57 %, vilket indikerar en mindre homogen
distribution av vatten. Detta kan antas beror på det fasta materialets mer heterogena struktur i
de lysimetrar där rötslam tillsatts. Vattenflödet har skett i en begränsad del av den tillgängliga
porvolymen. Distributionen av vatten och utlakningen av stora delar av dessa lysimetrar kan
därför ha varit begränsad av kapillära krafter och diffusiv transport. Trenden för samtliga
kurvor är stigande och de närmar sig den totalt lakbara mängden.
Utlakad mängd (mg/kg TS)
250000
200000
150000
100000
50000
0
0 0,5 1 1,5 2
L/S (l/kg)
15
Skakförsök
Referens
Blandad
Varvad
Figur 12 Jämförelse mellan utlakad mängd Cl - från lysimetrarna och tidigare
utförda skakförsök vid L/S 2

4.2 Konduktivitet, pH och TOC
Konduktiviteten i lakvattnet domineras av lättlösliga salter. Även resultatet från
konduktivitetsmätningarna indikerar en skillnad i uppfuktningen av lysimetrarna, se figur 13.
Bambergaskan hade den mest homogena uppfuktningen och nästan alla dess lättlösliga salter
lakades ut före L/S 1 hade uppnåtts. Detta beror sannolikt på den höga initiella fukthalten hos
Bambergaskan. Den utdragna svansen på kurvorna för den blandade och varvade lysimetern
indikerar en icke-uniform uppfuktning och att kapillär vattentransport och diffusion är
begränsande för utlakningen.
Konduktivitet (mS/cm)
200
150
100
50
0
0 0,5 1 1,5 2
L/S (l/kg)
16
Referens
Blandad
Varvad
Bamberg
Figur 13 Konduktivitetens variation i lakvattnet för respektive lysimeter och L/Snivå
Rötslam buffrar vid ett pH på cirka 7.6 (Bendz och Flyhammar, 2004), vilket är betydligt
lägre än både RGP och Bambergaska. Effekten av detta kan tydligt ses i figur 14. Lakvattnet
från referenslysimetern, den blandade lysimetern och Bamberglysimetern håller en relativt
konstant pH-nivå på 12-12.5 över tiden, medan den varvade lysimetern ligger betydligt lägre.
Detta beror på den varvade lysimeterns uppbyggnad, pH-nivån i det bildade lakvattnet
neutraliseras av sura komponenter i rötslamslagret i lysimeterns botten. Under försökets gång
minskar de mest lättillgängliga fraktionerna av dessa komponenter och pH stiger successivt.
pH
13
12
11
10
9
0 0,5 1 1,5 2
L/S (l/kg)
Referens
Blandad
Varvad
Bamberg
Figur 14 Förändring av pH i utlakat vatten från de fyra lysimetrarna
Den kraftiga fluktuationen i pH för den varvade lysimetern är resultatet av ett tillfälligt
driftstopp p g a tekniska problem, bevattningen och utloppskranen stängdes av under ett dygn
vid L/S 0.85. Det understa rötslamslagret blev mättat med lakvatten och eftersom den totala

mängden av sura komponenter fortfarande är hög i rötslammet så manifesterar sig detta i ett
relativt lågt pH i det bildade lakvatten kort efter driftstoppet,
Den utlakade koncentrationen av DOC minskade med L/S, se figur 15. Från den blandade
lysimetern ökade dock utsläppet av DOC i början, för att sedan minska likt de andra
lysimetrarna. Bambergaskan uppvisadel en markant lägre utlakning av DOC än de resterande
lysimetrarna. Lakvattnet från den blandade lysimetern uppvisade högst nivå följt av den
varvade lysimetern. Det ackumulerade utlakade mängderna av DOC redovisas i tabell 4.
DOC (mg/l)
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0 0,5 1 1,5 2
L/S (l/kg)
Figur 15 Utlakning av DOC för respektive L/S-nivå
4.3 Resultat utlakning
17
Referens
Blandad
Varvad
Bamberg
I följande figurer 16-21 redovisas den ackumulerade utlakade mängden av bly, kadmium,
krom, koppar, zink och nickel för samtliga lysimetrar. Stabiliseringen med rötslam och som
Bambergaska visade sig vara effektivt med avseende på bly, där reduceringen av utlakade
ackumulerade mängder var 2-3 tiopotenser stor, figur 16. Notera att Bambergaskan innehåller
aska från Sysavs nya förbränningsanläggning. En direkt jämförelse med referensaskan kan
därför inte göras. En jämförelse mellan de olika lysimetrarna med avseende på utlakad mängd
i relation till det totala innehållet görs i figur 22.
Utlakad mängd (mg/kg TS)
1000
100
10
1
0,1
0,01
0,001
0 0,5 1 1,5 2
Figur 16 Utlakad mängd bly
L/S (l/kg)
Referens
Blandad
Varvad
Bamberg

Även för kadmium visade de två stabiliseringsmetoderna sig vara effektiva, figur 17.
Utlakad mängd (mg/kg TS)
1
0,1
0,01
0,001
0,0001
0,00001
0 0,5 1 1,5 2
L/S (l/kg)
Figur 17 Utlakad mängd kadmium
18
Referens
Blandad
Varvad
Bamberg
Krom är den enda av de sex redovisade metallerna som uppvisade högre utlakningskoncentrationer
från Bambergaska än från RGP, figur 18.
Utlakad mängd (mg/kg TS)
10
1
0,1
0,01
0,001
0,0001
0 0,5 1 1,5 2
Figur 18 Utlakad mängd krom
L/S (l/kg)
Referens
Blandad
Varvad
Bamberg

Den blandade lysimetern lakade ut en konstant mängd koppar under försökets gång, figur 19.
Utlakad mängd (mg/kg TS)
100
10
1
0,1
0,01
0,001
0,0001
0,00001 0 0,5 1 1,5 2
Figur 19 Utlakad mängd koppar
L/S (l/kg)
19
Referens
Blandad
Varvad
Bamberg
Bambergaskan och den blandade lysimetern fungerade bäst för stabilisering av zink, figur 20.
Utlakad mängd (mg/kg TS)
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0 0,5 1 1,5 2
Figur 20 Utlakad mängd zink
L/S (l/kg)
Referens
Blandad
Varvad
Bamberg
Både den blandade och varvade lysimetern visade högre utlakningskoncentrationer av nickel
än referensen, figur 21
Utlakad mängd (mg/kg TS)
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
0 0,5 1 1,5 2
L/S (l/kg)
Figur 21 Utlakad mängd nickel
Referens
Blandad
Varvad
Bamberg

4.4 Jämförelse och signifikans
I figur 22 visas den utlakade metallmängden vid L/S 2, som andel av totalhalten i RGP:n
respektive Bambergaska. I en jämförelse mellan de fyra lysimetrarna uppvisar Bambergaskan
den lägsta utlakningen för Pb, Cd, Cu, Zn och Ni. Bambergaskan uppvisar högst utlakning
för Cr.
andel av tot.halt
1
0,1
0,01
0,001
0,0001
0,00001
0,000001
Pb Cd Cr Cu Zn Ni
Figur 22 Andel utlakad mängd av totalhalten
20
Referens
Blandad
Varvad
Bamberg
Blyreduktionen i nuvarande fällningsanläggning (personlig kommunikation Anna Andersson
2004) och i det föregående fällningsförsöket i pilotskala (Björngren, 1999) jämförs i tabell 5
med rötslamsinblandningen i den varvade lysimetern. Uppgifterna i tabellen på
blyreduceringen för den befintliga fällningsanläggningen och pilotanläggningen representerar
den faktiska fastläggningen, utspädningseffekter har räknats bort. Den uträknade
blyreducering för pilotanläggningen är baserad på ett medel av två provtillfällen under 1999.
Blyreduceringen från fällningsanläggningen är baserad på medelvärdet av månatliga
blykoncentrationer i inkommande lakvatten från askcellen (S3), ett stickprov på inkommande
lakvatten från biocellerna (P2/P6) och genomsnittliga koncentrationer i utgående vatten från
fällningsanläggningen under år 2003. Tabelluppgifterna för den varvade lysimetern
representerar genomsnittlig blyreducering under de olika L/S-intervallen och har beräknats
genom att jämföra med de utlakade mängderna från referenslysimetern. Vattenproverna från
fällningsanläggningen och pilotanläggningen är inte filtrerade före analys av metaller
(personlig kommunikation Anna Andersson 2004), vilket ger högre metallkoncentrationer än
om de hade filtrerats.

Tabell 3 Sammanställning innehåll och lakbarhet från tidigare undersökningar, se
Bendz och Flyhammar (2004)
Rötslam Rökgasreningsprodukt
Tot.halt Tot.halt Tillgängl Skaktest Kolonn
mängd L/S:2 Laktest
Medel
(n=14)
L/S:2
Si 50 950 7 860 0.30
Ca 37200 268 000 256 721 71 000
Cl 224 040 201 000
K 1290 16 727 24 600
Na 16 807 18 000
S 17 400 29 700 1413
P 37 400 2 488 44.7 0.069
Fe 110 000 3 672 72.1 0.031
Al 11400 13 734 3 617 0,33
Ti 7 764
As 15.8 151 6.6 1,20
Ba 647 701 177 116
Cd

Tabell 4 Sammanställning och lakbarhet från undersökningar utförda i denna
studie (mg/kg TS)
Ämne Tot.halt
(2003)
Rökgasreningsprodukt Bambergaska
Referens
Lysimeter
L/S:2
Blandad
lysimeter
L/S:2
Varvad
lysimeter
22
L/S:2
Tot.halt
(2003)
Bamberg
laktest
L/S:2
Si 93 1.2 23 3.4 110 4.2
Ca 290 000 46 000 29 000 40 000 140 000 3 100
Cl 180 000 120 000 150 000 76 000
K 37 000 32 000 23 000 28 000 31 000 31 000
Na 36 000 26 000 17 000 22 000 31 000 27 000
S 21 000 550 850 610 29 000 1 500
P 3 500 * < 0.12 < 0.056 3 600 *
Fe 4 500 0.16 < 0.0071 < 0.0089 9 300 < 0.0020
Al 19 000 < 2.3 * * 39 000 0.20
Ti 2 500 * * * 2 200 *
As 35 0.093 0.11 0.034 51 < 0.0082
B 55 < 0.053 * < 0.017 112 *
Ba 370 26 < 1.9 36 880 < 0.018
Be * * * * * *
Cd 110 < 0.82 * < 0.0085 78 *
Co 11 < 0.022 0.051 * 16 *
Cr 89 < 0.049 < 0.0069 * 170 < 1.1
Cu 540 0.65 19 0.045 780 < 0.0064
Hg 14 0.043 0.032 < 0.065 8.0 *
Li 18 13 7.3 10 24 2.9
Mg 7 200 0.32 0.11 2.3 8 900 < 0.18
Mn 270 * * * 530 *
Mo 9.3 0.12 0.25 0.19 12 2.2
Ni 27 < 0.055 0.56 0.20 93 < 0.019
Pb 1 500 430 15.6 < 2.28 2 000 0.58
Sr 320 130 90 110 360 34
Se * * * * * *
V 10 * * * 24 *
Zn 7 400 4.2 0.31 1.8 12 000 0.37
Zr 23 * * * 24 *
SO4-
S
160 360 190 1 900
IC 170 140 94 33
DOC 500 2 700 1 600 41
* Under detektionsgränsen ICP-AES
Tabell 5 Jämförelse blyreduktion mellan nuvarande fällningsanläggning, det
föregående fällningsförsöket i pilotskala och den varvade lysimetern.
Fäll.anl.
2003
Blyreduc. (mg/l) 0.089 1)
Blyreduc. (%) 53.6 2)
Pilot fälln.
1999
Varvad
(L/S 0.1)
Varvad
(L/S 0.1-
0.2)
Varvad
(L/S 0.2-
0.5)
Varvad
(L/S 0.5 - 1)
Varvad
(L/S 1 - 2)
82.9 406 1160 503 14.4 6.75
98.0 98.9 99.4 99.6 100 3)
100 3)
1)
Reduceringen av bly med avseende på inkommande lakvatten från askcellen (S3)
2)
Reduceringen av bly beräknat från den totala blykoncentrationen i det inkommande vatten från askcellen (S3)
samt lakvattnet från biocellerna (P2/P6)
3)
Avrundat till tre värdesiffror

5. Diskussion
Resultat från en tidigare studie (Bendz och Flyhammar, 2004) i labskala visade att mobiliteten
för Cu, Cr, Zn, Cd och Pb (ordnade i stigande grad) nedsattes kraftigt vid tillsats av rötslam.
Tänkbara fastläggningsmekanismer är bildning av sulfidmineral och adsorption, med de
direkta mekanismerna är ej kända. Specifika studier av dessa mekanismer är av stort intresse
men ligger utanför ramarna för detta projekt.
Även resultaten från lysimeterförsöken visar att tillsatts av rötslam är effektivt för att reducera
de utlakade mängderna för flera av de testade metallerna. För den varvade lysimetern så
reducerades de utlakade mängderna av Pb, Cr, Cd och Zn med i storleksordningen två
tiopotenser vardera vid tillsatts av 20 vikt % rötslam, jämfört med referensaskan. Nickel
visade däremot omvända förhållanden och lakades ut mer efter tillsats av rötslam, framförallt
från den blandade lysimetern. Den blandade lysimetern uppvisade också förhöjd utlakaning
av Cu jämfört med referenslysimetern. Totalhalten koppar och nickel i rötslam är i samma
storleksordning som totalhalten i RGP, varför totalhalten av koppar och nickel i rötslam/RGP
blandningen inte påverkas av inblandning av rötslam.
I de kolonnförsök som utfördes i en tidigare studie så visade det sig effektivare att tillföra
rötslam som ett filter vid kolonnens utflöde jämfört med att blanda in det i RGP:n. Här visar
det sig, om resultaten för den blandade och den varvade lysimetern jämförs, att den varvade
lysimetern lakade ut minst mängder av bly, krom och koppar, medan den blandade lysimetern
lakade ut minst mängder av kadmium och zink.
Det finns ett antal tänkbara förklaringar till skillnaderna i lakegenskaper för den blandade och
den varvade lysimetern. Löst organiskt kol halterna är störst i den blandade lysimetern och
förutsättningarna för komplexbindning med lösta organiska ämnen förefaller vara större.
Detta avspeglar sig också sonm förhöjd utlakning av koppar och nickel. De högre halterna av
DOC från den blandade lysimetern beror sannolikt på en väsentligt större specifik yta hos
rötslammet vilken är ett resultat av den manuella sönderdelningen av rötslammet vid
inblandingen.
Metallers löslighet är starkt beroende av pH. Rötslammet buffrar vid ett betydligt lägre pH än
askan, varför det utlakade vattnet från den varvade lysimetern har en helt annan pHutveckling
än de övriga. I den varvade låg rötslam längst ned som ett pH-sänkande lager,
medan i den blandade lysimetern buffrade askan. De lägre utlakningskoncentrationerna av
bl.a bly från den varvade lysimetern kan förmodligen förklaras av den lägre pH-nivån. Bly har
sin lägsta löslighet vid det pH-intervall som lakvattnet från den varvade lysimetern uppvisade
initiellt (pH 9-10).
En annan anledning till att den varvade lysimetern fungerade bättre än den blandade kan vara
att vattnet i den varvade tvingades perkolera igenom två lager av rötslam. Det är tänkbart att i
den blandade lysimetern kunde det infiltrerande vattnet passera förbi rötslamsbitarna utan att
full kontakt uppstod. Den relativt låga utlakningen av klorid från den blandade lysimetern
indikerade också ett icke homogent flödesfält och att endast delar, eller stråk, av aska var i
kontakt med det infiltrerande vattnet. Klorid är en lättlöslig jon som i detta sammanhang kan
betraktas som ett naturligt spårämne. Skakförsök som utfördes i samband med de tidigare
kolonnförsöken visade på en möjlig Cl-utlakning på 201000 mg/kg. Efter antagande att den
nya askan innehåller i storleksordning samma mängd Cl - gjordes en jämförelse med den
23

ackumulerade utlakade mängden Cl - från lysimetrarna vid L/S 2. Referenslysimetern visade
på en utlakning av 93 % av den utlakbara mängden klorid, vilket indikerar att allt fast material
kommit i kontakt med vatten och att uppfuktningen skett homogent. De varvade och blandade
lysimetrarna visade på lägre procentuell utlakning av kloridjoner, 76 respektive 58 %, vilket
begränsat tungmetallutlakningen från dessa lysimetrar.
Bambergaskan uppvisar bäst lakegenskaper med avseende på Pb, Cd, Cu, Zn , Ni och DOC.
Den ackumulerade utlakningen av DOC vid L/S 2 var en tiopotens lägre för
bamberglysimetern jämfört med referenslysimetern, vilket kan indikera en effektivare
förbränning i den nya anläggningen.
Utlakningen av krom visar däremot högre värden för Bamberglysimetern jämfört med övriga
lysimetrar. Totalhalten krom i Bambergaskan är visserligen nästan dubbelt så stor som i
RGP:n, men även den utlakade mängden av krom utrycks i procent av totalinnehållet så är
den en tiopotens högre från Bambergaskan jämfört med referenslysimetern, vilket förutom
den högre totalhalten delvis beror på att TMT är avsett för utfällning av envärda och tvåvärda
tungmetaller.
Lakvattenbildningen dröjde olika länge för de fyra lysimetrarna. Den blandade lysimetern och
Bamberglysimetern uppnådde L/S 0,1 redan efter en dag av bevattning, medan det tog 10
dagar innan den varvade lysimetern och referenslysimetern uppnådde L/S 0,1. Bambergaskan
hade initiellt hög fukthalt och producerade lakvatten nästan momentant då
bevattningssystemet sattes igång. Anledningen till den tidiga lakvattenbildningen från den
blandade lysimetern beror på materialets heterogenitet som underlättar vattenflöde via
preferentiella flödesvägar. Lysimetern fortsatte att fuktas upp under försökets gång genom
kapillär transport av vatten ut i de torrare zonerna.
Utlakningskoncentrationen av bly vid L/S 2 från referenslysimetern var högre än vid tidigare
skak- och kolonnförsöken. Det kan bero på att lysimeterförsöken, till skillnad mot
skakförsöken och kolonnförsöken, är öppna försök i kontakt med atmosfären. Lösligheten för
Pb har tidigare (Bendz och Flyhammar, 2004) visat sig vara starkt beroende av exponering för
atmosfären, med ökad löslighet vid högre redoxpotential. En alternativ tolkning är att blyets
varierande löslighet styrs av karbonatsystemet och bildandet av karbonatkomplex i ett öppet
system. För de andra redovisade metallerna var utlakningen från lysimetrarna något lägre än
från skak- och kolonnförsöken. I en deponi har dock luft inte samma möjligheter att
diffundera in (Bozkurt, 1998) och inverkan av detta bör därför inte vara aktuellt i en
fullskaledeponi.
Det separata systemet med referenslysimeter och rötslamskolonn visade sig vara
svårhanterligt. Det gick inte att hålla ett lika högt flöde för infiltration i rötslamskolonnen som
i lysimetrarna. Dessutom bildades fällningar på kolonnens ovansida, när lakvattnet från
referenslysimetern exponerades för syre. Användning av det separata systemet i fullskala
kräver möjligtvis någon slags modifiering/uppblandning av slammet för att göra det mer
permeabelt.
24

6. Slutsats
Om resultaten från de fyra lysimetrarna jämförs, så uppvisar Bambergaskan bäst
lakegenskaper med avseende på Pb, Cd, Cu, Zn , Ni och DOC. Utlakningen av krom visar
däremot högre värden för Bamberglysimetern jämfört med övriga lysimetrar. Totalhalten
krom i Bambergaskan är visserligen nästan dubbelt så stor som i RGP:n, men även om den
utlakade mängden av krom utrycks i procent av totalinnehållet så är utlakningen en tiopotens
högre från Bambergaskan jämfört med referenslysimetern.
Resultaten från lysimeterförsöken visar att tillsatts av rötslam är effektivt för att reducera de
utlakade mängderna för flera av de testade metallerna. Jämfört med referenslysimetern så
reducerades de utlakade mängderna av Pb, Cr, Cd och Zn i den varvade lysimetern med två
tiopotenser vid tillsatts av 20 vikt % rötslam. Den varvade lysimetern uppvisade lägre
utlakade mängder av Pb, Cr och Cu jämfört med den blandade lysimetern (och
referenslysimetern), medan den blandade lysimetern uppvisade lägre utlakning av Cd och Zn
jämfört med den varvade lysimetern. De utlakade mängderna av Cd och Zn var över 3
tiopotenser lägre i den blandade lysimetern jämfört med referenslysimetern.
Nickel lakades ut mer efter tillsats av rötslam, framförallt från den blandade lysimetern. Den
blandade lysimetern uppvisade också förhöjd utlakning av Cu jämfört med referenslysimetern
vilket indikerar komplexbildning med löst organiskt material. Utlakningen av Cu från den
varvade lysimetern var en tiopotens lägre jämfört med referenslysimetern.
Att använda sig av rötslam som ett reaktivt filter i ett separat system visade sig vara
svårhanterligt på grund av en låg hydraulisk konduktivitet som försvårade infiltration.
Infiltrationen försvårades också efterhand pga av att det bildades fällningar på kolonnens
ovansida, när lakvattnet exponerades för syre. Användning av det separata systemet i fullskala
kräver någon slags modifiering/uppblandning av slammet för att göra det mer permeabelt .
I enligt med tidigare kolonnlaktester så visar resultatet från denna studie att det är bättra att
tillföra rötslam i lager jämfört med att blanda in i det i RGP:n. För ämnen som uppvisar
amfotera egenskaper så fungerar den varvade lysimetern bättre än den blandade pga av att
rötslammet buffrar vid ett lägre pH jämfört med RGP. Genom att tillföra rötslam i lager
minimeras också förhöjningen av DOC i lakvattnet vilket ger mindre potential för ökad
löslighet pga komplexbildning.
För att kunna utvärdera rötslammet i ett långtidsperspektiv bör metallernas
fastläggningsmekanismer studeras.
25

Referenser
Bendz, D, Flyhammar P. Reducering av utlakning från rökgasreningsprodukt, Rapport 1
Rötslam som reaktiv barriär-skak och kolonnförsök
Björngren M. Utredning över försöksverksamhet vid Spillepengs avfallsupplag rörande
metallreduktion i lakvatten från ask-och specialavfallscellerna i etapp II. Preliminär utgåva
1999-12-13, Driftavdelningen, SYSAV, 1999.
Bozkurt S. Simulations of the long-term chemical evolution in waste deposits, Lic.
avhandling, Kemiteknik, KTH, ISSN 1104-3466, 1998
Chandler, A.J., T.T Eighmy, J. Hartlén, O. Hjelmar, D.S. Kosson, S.E. Sawell, H.A. van der
Sloot, J. Vehlow, Municipal solid waste combustor residues: the international ash working
group, studies in environmental science 67, Elsevier science, Amsterdam, 1997.
Flyvbjerg J., Kemiske og mikrobiologiske faktorers inflydelse på stofudvaskningen fra TMTslam
fra våd röggasrensning på affaldsforbraendningsanlaeg, VKI, Danmark, EFP 1323/92-
0003, 1996.
Sandell J.F., G.R. Dewey, L.L. Sutter, J.A. Willemin, Evaluation of lead-bearing phases in
municipal waste combustor fly ash, J. Env. Engineering, January, 34-40, 1996.
26