Valimoiden ylijäämähiekan puhdistaminen kompostoimalla uusiokäyttöä varten Re-use of Surplus Foundry Sand by Composting LIFE-Foundry Sand (LIFE13 ENV/FI/285) Projektiseminaari 27.4.217, UKK-instituutti Sara Tapola Oy Supported by EU Commission Environment Life Programme 213
Tavoitteet Puhdistaa valimoiden ylijäämähiekkoja kompostoinnin avulla. Puhdistaa ylijäämähiekasta siinä esiintyviä orgaanisia yhdisteitä (mm. fenolit, BTEXyhdisteet, öljyhiilivedyt, PAH:t) kompostoimalla sitä yhdessä muun orgaanisen materiaalin kanssa. Testata tyypillisimpiä ylijäämähiekkoja kuten furaani-, fenoli- tuorehiekkapohjaisia, muotinvalmistuksesta vapautuvia kiertohiekkajakeita. Ei sinkopölyjä tai kuonia, niissä esiintyvien mahdollisten raskasmetallien vuoksi. Fenolihiekka (Fenolihartsi+DMI-isomeerikovete sis. Cold box keernat) Tuorehiekka (Bentoniitti+hiilipöly sis. Cold box keernat) Furaanihiekka (Furaanihartsi+furfuryylialkoholikovete sis. Cold-box keernat) Kompostointikokeet tehtiin Koukkujärven jätteenkäsittelykeskuksessa, Nokialla (koetoimintalupa, AVI) sekä Tecnalia Research & Innovation toimesta Espanjassa. Kompostointikokeita tehtiin kesällä 215, talvella 215-216 sekä kesällä 216.
Odotetut tulokset Kompostin lopputuotteen tulee täyttää Maa- ja metsätalousministeriön asetuksessa lannoitevalmisteille (24/211) asetetut raja-arvot ja laatuvaatimukset seosmullalle. 95% vaarallisista orgaanisista yhdisteistä puhdistettiin valimohiekoista kompostoinnin avulla. Yhteensä käsiteltiin noin 2 tonnia (kuiva-ainetta) valimohiekka+muu orgaanista materiaalia projektin aikana Suomessa, joka soveltuu uusiokäyttöön. Laaditaan valimoille ohjeistus kompostointiin kelpaavia ylijäämähiekkajakeita varten (erottelu muusta ei-kompostointiin kelpaavasta jätehiekasta/pölystä, näytteidenotto, säilytys, tehtävät analyysit, jne.). Kompostointimenetelmälle laaditaan suuntaa-antavat kustannuslaskelmat investoinneista ja käyttökuluista.
Valimohiekkajakeet Furaanihiekka Fenolihiekka Tuorehiekka
Kompostimateriaalin näytteenottomenetelmä
Valimohiekkaa koskeva lainsäädäntö Valtioneuvoston asetus kaatopaikoista 331/213 Pysyvän jätteen raja-arvot Maa- ja kiviainekset Jäteaines ei saa vaarantaa pinta- tai pohjaveden laatua, ei saa reagoida eikä siitä saa liueta haitallisia aineita. 19.1.216 7
Valimohiekkaa koskeva lainsäädäntö Valtioneuvoston asetus kaatopaikoista 331/213 Pysyvän jätteen rajaarvot 19.1.216 8
Kompostituotetta koskeva lainsäädäntö MMMa lannoitevalmisteista 24/11: Puhdistamoliete, jota käytetään kasvualustan raakaaineena, on käsiteltävä hyväksytyssä laitoksessa Liite IV: Lannoitevalmisteiden haitalliset aineet, eliöt ja epäpuhtaudet A. Haitalliset aineet: As, Hg, Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Zn (kokonaispitoisuudet) B. Taudinaiheuttajat ja muut mikro-organismit: mm. Salmonella, Escherichia coli B. Epäpuhtaudet: mm. roskat, rikkakasvit Jätehuoltoyhtiöt analysoivat kompostoidun lietteen tämän asetuksen mukaisesti (metallit, mikrobit, ravinteet, ym.) 9
MMMa lannoitevalmisteista 24/11: Kompostoitua lopputuotetta koskeva lainsäädäntö ja raja-arvot 1
Kompostoitua lopputuotetta koskeva lainsäädäntö MMMa lannoitevalmisteista 24/11: Lopputuotteen tulee täyttää edellä mainitut raja-arvot ja laatuvaatimukset (liite IV) Lopputuotteesta tehdään kypsyystesti, jolla selvitetään onko tuote kypsää vai onko kompostoituminen vielä kesken ja ettei raaka-aine sisällä kasvien kasvua estäviä aineita KASVUALUSTAT Seosmullat (5A2) Seosmullat on valmistettu seostamalla erilaisia maaaineksia Mikäli seosmullan raaka-aineena käytetään metalliteollisuudesta peräisin olevaa kivennäismaata, kuten valimohiekkaa, on sen täytettävä haitallisten metallien ja orgaanisten haitta-aineiden osalta pysyvälle kaatopaikalle sijoittamisen kriteerit Nykytilanteessa valimohiekan käyttö vaatii aina ympäristöluvan!
Kesän 215 kuusi koekasaa
Hiekkojen ja kompostimateriaalien ph-arvot kesäkokeissa 215 ph, valimohiekat, kesä 215 1 9 8 7 Tavan.omaisen jätteen raja-arvo >6 6 5 4 3 2 1 ph 8 6 ph, kompostikasat, kesä 215 Tavanomaisen jätteen raja-arvo >6 Tuorehiekka Fenolihiekka Furaanihiekka 4 2 Tuorehiekka Fenolihiekka Furaanihiekka ph 1a, alku 1a, keski 1a, loppu 1b, alku 1b, keski 1b, loppu 2a, alku 2a, keski 2a, loppu 2b, alku 2b, keski 2b, loppu 3a, alku 3a, keski 3a, loppu 3b, alku 3b, keski 3b, loppu 13
Hiekkojen ja kompostimateriaalien DOCpitoisuudet kesäkokeissa 215 18 16 14 12 1 8 6 4 2 35 3 25 2 15 1 5 Liuennut org. hiili (DOC), tuorehiekka ja tuorehiekkakompostit, kesä 215 Pysyvän jätteen raja-arvo 5 mg/kg ka Liuennut org. hiili (DOC), furaanihiekka ja furaanihiekkakompostit, kesä 215 mg/kg ka mg/kg ka Tuorehiekka 1a, alku 1a, keski 1a, loppu 1b, alku 1b, keski 1b, loppu Furaanihiekka 3a, alku 3a, keski 3a, loppu 3b, alku 3b, keski 3b, loppu Pysyvän jätteen raja-arvo 5 mg/kg ka 3 5 3 2 5 2 1 5 1 5 Pysyvän jätteen raja-arvo 5 mg/kg ka Tuorehiekka Fenolihiekka Furaanihiekka Liuennut org. hiili (DOC), fenolihiekka ja fenolihiekkakompostit, kesä 215 mg/kg ka Fenolihiekka 2a, alku 2a, keski 2a, loppu 2b, alku 2b, keski 2b, loppu HUOM. Pääsääntöisesti DOC peräisin jätevesilietteestä. Jätevesiliete DOC = 21 mg/kg kuiva-aine 14
Hiekkojen ja kompostimateriaalien fluoridipitoisuudet kesäkokeissa 215 Fluoridi (F), L/S = 1, tuorehiekka ja tuorehiekkakompostit, kesä 215 Fluoridi (F), L/S = 1, fenolihiekka ja fenolihiekkakompostit, kesä 215 6 5 5 4 4 3 2 Pysyvän jätteen raja-arvo 1 mg/kg ka 3 2 Pysyvän jätteen raja-arvo 1 mg/kg ka 1 1 mg/kg ka mg/kg ka Tuorehiekka 1a, alku 1a, keski 1a, loppu 1b, alku 1b, keski 1b, loppu Fenolihiekka 2a, alku 2a, keski 2a, loppu 2b, alku 2b, keski 2b, loppu 2 15 Fluoridi (F), L/S = 1, furaanihiekka ja furaanihiekkakompostit, kesä 215 Pysyvän jätteen raja-arvo 1 mg/kg ka HUOM. Jätevesilietteen fluoridipitoisuus = <4 mg/kg kuiva-aineesta 1 5 * * * mg/kg ka * Alle määritysrajan <5 mg/kg ka Furaanihiekka 3a, alku 3a, keski 3a, loppu 3b, alku 3b, keski 3b, loppu 15
Hiekkojen ja kompostimateriaalien fenolipitoisuudet kesäkokeissa 215 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4,2 Fenoli-indeksi, tuorehiekka ja tuorehiekkakompostit, kesä 215 mg/kg ka Pysyvän jätteen raja-arvo 1 mg/kg ka <,1 mg/kg <,1 mg/kg <,1 mg/kg <,1 mg/kg <,1 mg/kg <,1 mg/kg = Tulos alle määritysrajan Tuorehiekka 1a, alku 1a, keski 1a, loppu 1b, alku 1b, keski 1b, loppu 2,5 2 1,5 Fenoli-indeksi, fenolihiekka ja fenolihiekkakompostit, kesä 215 Pysyvän jätteen raja-arvo 1 mg/kg ka 1 7 6 5 4 3 2 1 Fenoli-indeksi, furaanihiekka ja furaanihiekkakompostit, kesä 215 mg/kg ka Pysyvän jätteen raja-arvo 1 mg/kg ka <,1 mg/kg <,1 mg/kg <,1 mg/kg <,1 mg/kg Furaanihiekka 3a, alku 3a, keski 3a, loppu 3b, alku 3b, keski 3b, loppu,5 <,1 mg/kg = Tulos alle määritysrajan <,1 mg/kg <,1 mg/kg <,1 mg/kg <,1 mg/kg mg/kg ka Fenolihiekka 2a, alku 2a, keski 2a, loppu 2b, alku 2b, keski 2b, loppu HUOM. Jätevesilietteen fenoli-indeksi keskimäärin 4 mg/kg ka Fenolihiekan fenoli-indeksi keskimäärin 1,8 mg/kg ka <,1 mg/kg = Tulos alle määritysrajan 16
Muut haitta-ainepitoisuudet kesällä 215 Analyses Unit Waste Water Sludge Green Sand Phenolic Sand Furan Sand Limit Value for Non- Hazardous Inert Waste BTEX,21,72,18 7,68 6 16 EPA-PAH,6,61 1,6 n.c. 4 Chloride (Cl), L/S=1 21 31 <1 <1 8 Sulphate 36 29 34 34 1 PCB n.c. n.c. n.c. n.c. 1 Hydrocarbons C1-C4-87 <4 <4 5 Total organic carbon (TOC) % 27,6 1,9 1,1 4,5 3 n.c. = not calculated, means that the result is formed from a sum of many compounds that were analysed to be under the detection limit - = not analysed from the sample Huom. Kompostin lopputuotteet täyttivät lannoitevalmisteita koskevat raja-arvot. Sulfaattipitoisuudet kohosivat kokeen aikana ja ne ylittivät pysyvän jätteen raja-arvot johtuen jätevesilietteestä. Myös TOC pitoisuudet ylittivät kokeen lopussa pysyvän jätteen raja-arvon johtuen jätevesilietteestä. 17
Talvikokeet (12/215-6/216)
Kompostikasojen sisäosien lämpötilat talvikokeissa 215-16 1 Green sand test heap C 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1,5 m 2, m 7.12.15 27.12.15 16.1.16 5.2.16 25.2.16 16.3.16 5.4.16 25.4.16 15.5.16 Day 1 Phenolic sand test heap C 8 6 4 2 1,5 m 2, m 7.12.15 26.1.16 16.3.16 5.5.16 24.6.16 Day
Hiekkojen ja kompostimateriaalien BTEX-pitoisuudet talvikokeissa 215-16 7 6 5 4 3 2 BTEX Compounds, Green Sand and Compost Heaps, Winter 215-16 7 6 5 4 3 2 BTEX Compounds, Phenolic Sand and Compost Heaps, Winter 215-16 1 1 <,25 <,25 Green Sand Green, S Green, M Green, E Phenolic Sand Phenolic, S Phenolic, M Phenolic, E Tuorehiekka fenolihiekka Furaanihiekka Fenoli-furaani seoskasa 35 3 BTEX Compounds, Phenolic and Furan Sand and Sand- Mixture Compost Heaps, Winter 215-16 HUOM. Furaanihiekalla BTEX pitoisuudet ylittivät pysyvän jätteen raja-arvon (6 mg/kg ka). Vastaavat tulokset kuin kesän 215 kokeissa. 25 2 15 1 5 <,25 Phenolic Sand Furan Sand Phenolic - Furan, S Phenolic - Furan, M Phenolic - Furan, E 2
Hiekkojen ja kompostimateriaalien fluoridipitoisuudet talvikokeissa 215-16 Fluoride, Green Sand and Compost Heaps, Winter 215-16 Fluoride, Phenolic Sand and Compost Heaps, Winter 215-16 18 16 14 12 1 8 6 4 2 4 35 3 25 2 15 1 5 < 5 Green Sand Green, S Green, M Green, E Phenolic Sand Phenolic, S Phenolic, M Phenolic, E Pysyvän jätteen raja-arvo fluoridipitoisuudelle on 1. Tuorehiekka Fenolihiekka Huom. Vastaavat tulokset kuin kesän 215 tuorehiekka- ja fenolihiekkanäytteistä. 21
Kesäkokeet 216: 9 koekasaa, jotka rakennettiin eri orgaanisista materiaaleista.
Hiekkojen ja kompostimateriaalien fluoridipitoisuudet kesäkokeissa 216 HUOM. Fluoridipitoisuudet ylittivät pysyvän jätteen raja-arvon tuore- ja betonihiekkanäytteissä. Aiemmmissa kokeissa (kesä 215 ja talvi 215-16) korkeat fluoridipitoisuudet olivat tuoreja fenolihiekoissa.
Valimohiekkojen BTEX pitoisuudet kesäkokeissa 216 Analysis BTEX 16 EPA-PAH Chloride Sulphate PCB Hydrocarbons C1-C4 Total organic carbon (TOC) Unit % Green Phenolic Cement Sand Sand Sand 2,14,25 n.c. 1,38,91 n.c. 27 <1 11 4 13 13 n.c. n.c. n.c. 46 <4 <4 2,4 1,1,1 Furan Sand A 12,6,8 <1 45 n.c. <4 1,2 Limit Value for NonFuran Hazardous Sand B Inert Waste 3,35 6 n.c. 4 <1 8 32 1 n.c. 1 <4 5 1,3 3 n.c. = not calculated, means that the result is formed from a sum of many compounds that were analysed below the detection limit Limit value for Compost Product
Hiekkojen ja kompostin lopputuotteiden liukoisten metallien pitoisuudet kesäkokeissa 216 WaterSoluble Metals Unit Aluminum (Al), L/S=1 Antimony (Sb), L/S=1 Arsenic(As), L/S=1 Barium (Ba), L/S=1 Cadmium (Cd), L/S=1 Chromium (Cr), L/S=1 Copper (Cu), L/S=1 Lead (Pb), L/S=1 Molybdenium (Mo), L/S=1 Nickel (Ni), L/S=1 Iron (Fe), L/S=1 Selenium (Se), L/S=1 Zink (Zn), L/S=1 Mercury (Hg), L/S=1 Green Phenolic Cement Sand Sand Sand 21 2,6 27,2 <,1 <,1,3 <,1 <,1 <,1,5 1,2 <,3 <,3 <,3 <,1,2 1,3,15 <,5 <,5 <,1 <,1 <,1,5,7,71,3,12 <,1,3 2,4 <,1 <,1 <,1 <,1 <,1 <,1 <,1 <,2 <,2 <,2 Furan Furan Sand A Sand B 1b 2a 2b 3a 3b 4 5 6 7,9,4 1 7,2 1,2 1,9,9 <,1,2,4 3 <,1 <,1,2,1 <,1 <,1 <,1 <,1 <,1 <,1 <,1,1 <,1,6,7,6,4,5,1,1,4,2,2,2 1,2 1,4 1,4 1,1,68,96,2,86,7 <,3 <,3 <,3 <,3 <,3 <,3 <,3 <,3 <,3 <,3 <,3 <,1 <,1,1,5,2,2 <,1 <,1 <,1 <,1,2 <,5 <,5 1,5 3,5 3,1 3, 1,1,22,2,18,24 <,1 <,1,1,24,13,7 <,1 <,1 <,1,6,1,1,1,12,13,8,7,3,2,3 <,1,25,3,3,1,16,13,5,4,6,8,8,7 1,6 1 3,3 3 5,4 5,2 2,7,6 4,1 2,7 12 <,1 <,1 <,1 <,1 <,1 <,1 <,1 <,1 <,1 <,1,9 <,1 <,1,9 2 2 1,9 2,2 1,8 1,8 3,3,2 <,2 <,2 <,2 <,2 <,2 <,2 <,2 <,2 <,2 <,2 <,2 Limit value for Limit Value for Non-Hazardous Non-Hazardous Inert Waste Ordinary Waste,6,5 2,4,5 2,5,5,4,7 2 1 1 1 5 1 1 1,1 4,1,5 5,2 HUOM. Betonihiekassa kromin ja molybdeenin pitoisuudet ylittivät pysyvän jätteen raja-arvot. Joidenkin liukoisten metallien pitoisuudet lisääntyivät kokeen loppua kohden (kupari, sinkki ja rauta).
Jätevesinäytteet 216 Analysis Aluminum, Al Mercury, Hg Cadmium, Cd Chromium (Cr) (total) Copper, Cu Lead, Pb Nickel, Ni Iron, Fe Zink, Zn Total Nitrogen (N), TNb Ammonium Phosphorus, total ph CODcr Solid Matter Electrical Conductivity Thermotolerant Coliform Bacteria Phenol Index Fluoride Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) BTEX Start Middle End 8.6.216 31.8.216 3.9.216 Limit value Unit 5,45 7,4,8 <,2 <,1 <,5,1 <, <, <,1,1 <,35,14,11 1,19,22 1 2 <,4 <,11,5,18,12,36,5 7,8 12 8,2,9,14,49 3 11 44 99 9,9 4,4 3,5 4,2 5,6 6,5 7,1 7,1 7,3 6,-11, 37 53 148 18 1 38 5 µs/cm 17 67 31 cfu/1 ml <1 <1 54 <,1 <,1 <,5 1 <,47 <,3 <,3 mg/ml n.c. n.c. n.c.,5 mg/ml n.c. n.c. n.c. 3 - = no li mit value for the pa rameter The limit values are from the Ekokem Instruction 1/9 (Ekokemin ohje 1/9) "Älä päästä haitallista ainetta viemäriin" n.c.= not calculated, means that the result is formed from a sum of many compounds tha t were ana lysed under the detecti on limit HUOM. Tulosten mukaan jätevesissä ei ole ollut merkittäviä pitoisuuksia haitallisia aineita. Raja-arvot Ekokemin ohjeesta 1/9 "Älä päästä haitallista ainetta viemäriin"
Yhteenvetoa kompostikokeista 215-216 Yhteensä suoritettiin 18 kompostikoetta. Valimohiekkojen orgaaniset haitta-aineet saatiin puhdistettua hyvin kompostoimalla. Kaikki kompostin lopputuotteet täyttivät lannoitevalmisteita koskevat rajaarvot, ja niitä voidaan käyttää seosmultana ja maanparannusaineena. Lopputuotteissa oli kohonneita TOC, DOC ja sulfaatti-pitoisuuksia, jotka ylittivät pysyvän jätteen (331/13) raja-arvot, mutta näille yhdisteille ei ole asetettu raja-arvoja lannoitevalmisteita koskevassa asetuksessa (24/11) koskien kompostin lopputuotetta, joten ne eivät ole ongelma tai esteenä käytölle.
Yhteenvetoa valimohiekkojen laaduista ennen kompostikokeita Aineet, jotka ylittivät VN:n asetuksen kaatopaikoista (331/13) pysyvän jätteen raja-arvot Valimohiekka 215 215-216 216 Fenolihiekka DOC, fluoridi, fenolit DOC, fluoridi Täytti pysyvän jätteen raja-arvot Tuorehiekka Fluoridi Fluoridi, TOC Fluoridi Furaanihiekka A DOC, BTEX, TOC, ph 3 DOC, BTEX, TOC, ph 3 Ei testattu kesällä 216 Furaanihiekka B BTEX, ph 6 Betonihiekka Fluoridi, molybdeeni, kromi Tuorehiekka Espanja Hg, DOC Orgaaniset materiaalit: Jätevesiliete: Ongelmana fenolit, sulfaatit, raskasmetallit. Jv-koekasoissa, joissa suhteessa eniten hiekkaa, jäivät lämpötilat alhaisiksi (noin 4 C, kesällä). Hevosenlanta: ei sisällä sulfatteja, ei raskasmetalleja. Kohonneita kloridipitoisuuksia esiintyi, johtuen hevosille syötettävästä lisäravinteista (suoloista). Koekasoissa lämpötilat jopa päälle 7 C, talvellakin.
Valimohiekan uusiokäyttömahdollisuudet Valimohiekkojen hyötykäyttö tulevaisuudessa: 1. MARA asetus mahdollistaa tiettyjen valimohiekkojen uusiokäytön maarakentamisessa (ongelmakohtia mm. BTEX yhdisteet, alhainen ph). 2. Kompostoimalla saadaan puhdistettua likaisempia valimohiekkoja, josta voidaan valmistaa seosmultaa. 3. Ongelmalliset BTEX -yhdisteet, fluoridi sekä korkeat fenolipitoisuudet hajoavat kompostoimalla. Alhainen ph ei ongelma. 4. Lopputavoite: Neitseellisen hiekan säästäminen, korvaamalla se kompostipuhdistetulla ylijäämävalimohiekalla.