Haitta-aineiden sitoutuminen sedimenttien stabiloinnissa Satamien ympäristöverkon teemapäivä, 31.10.2012 Noora Lindroos, Ramboll Finland Oy, noora.lindroos@ramboll.fi
TUTKITUT MATERIAALIT SEDIMENTTINÄYTTEET Suomi: Kokkolan satama Länsisatama, Helsinki Kymijoki Puola: Gdynian satama Liettua Klaipedan satama SIDEAINEET Eri sementtilaatuja Masuunikuonajauhe Kalkki Lentotuhka Palavankiventuhka Kasavarastoitu dihydraatti kipsi
TUTKIMUSMENETELMÄT Sedimenttinäytteille: Geotekniset peruskokeet Haitta-aineiden kokonaispitoisuudet Tekniset tutkimukset stabiloidulle sedimentille : 1-aksiaalinen puristuslujuus Vedenläpäisevyys Ympäristökelpoisuustutkimukset stabiloidulle sedimentille: Liukoisuustestejä Toksisuustestejä
TEKNISTEN TUTKIMUSTEN TULOKSIA 150 kpa tavoitelujuus voidaan saavuttaa 90 vrk:ssa seuraavilla sideainevaihtoehdoilla: 1. 105 kg/m 3 sementtiä 2. 35 kg/m 3 sementtiä + 150 kg/m 3 lentotuhkaa 3. 15 kg/m 3 sementtiä + 150 100 kg/m 3 0 palavankiventuhkaa Compression strength [kpa] 800 700 600 500 400 300 200 Sediment Sample from Port of Kokkola Ce, 90 d Variable Ce; Constant OSA 150 kg/m3, 90 d Variable Ce; Constant FA 150 kg/m3, 90 d 0 50 100 150 200 Amount of cement [kg/m 3 ] Esimerkkinä 100 000 m 3 sedimenttiä stabiloidaan: 1. 10 500 t sementtiä 2. 3 500 t sementtiä 3. 1 500 t sementtiä sideainekustannukset!
TEKNISTEN TUTKIMUSTEN TULOKSIA, PITKÄAIKAISLUJITTUMINEN Loppulujuus: Sementti-kipsi seos: 90 päivää Sementti-kipsi-LT-seos:180 päivää 1-axial compression strength [kpa] 600 500 400 300 200 100 0 OSA 200 Ce+OSA 40+150 Ce+OSA+DI 50+100+100 Ce+DI 50+200 Sediment from Port of Kokkola 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 Curing time [d] Sementti-PKT-seos ja PKT: lujittuminen jatkuu vuoden Sideainemäärää voidaan optimoida, mikäli pitkäaikaislujittuminen tunnetaan
TEKNISTEN TUTKIMUSTEN TULOKSIA SEDIMENTIN OMINAISUUDET Sediementin korkea vesipitoisuus tai orgaanisen aineksen määrä heikentää saavutettavaa lujuutta vakiosideainemäärällä Myös muita tekijöitä: rakeisuus, pilaantuneisuus, sulfidi/sulfaattipitoisuus Esimerkkinä Kokkolan sataman sedimentti (w 0 = 50 %) -> dramaattinen lasku lujuudessa vesipitoisuuden noustessa Compression strength [kpa] or Water content [%] 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Cement 150 kg/m 3, 90 d at +8 C LoI [%] Kokkola KS201 Klaipeda nr4 Klaipeda T3 Klaipeda nr5 + nr6 Gdynia Klaipeda nr1 + nr2 90 d UCS [kpa] 370 318 58 53 172 46 W [%] 52 70 131 159 169 263 LoI [%] 2 4 4 7 9 12 14 12 10 8 6 4 2 0 1-axial compression strength [kpa] 250 200 150 100 50 0 Sediment sample from Port of Kokkola Ce+FA 40+150, 90d Ce+FA 50+190, 90 d 0 50 100 150 200 Water content [%]
TEKNISIÄ TULOKSIA, SEDIMENTIN OMINAISUUKSIA Tiheydellä ja vesipitoisuudella hyvä korrelaatio voidaan mitata laadunvalvontaparametrina vesipitoisuuden sijaan 2400 Port of Kokkola, Finland 2200 River Kymi, Finland Density / kg/m 3 2000 1800 1600 1400 1200 y = 3747,4x -0,205 R² = 0,9783 Port of Gdynia, Poland Port of Klaipeda, Lithuania West harbour, Finland River Aura, Finland Deposit Basin, Kokkola 1000 0 50 100 150 200 250 300 350 400 w / %
LIUKOISUUSTUTKIMUKSIA, KOESUUNNITELMA Tutkitut sedimentit: Kokkola Kymijoki Gävle
LIUKOISUUSTUTKIMUSTEN TULOKSIA Liukoisuuksia testattiin 2-vaiheisella ravistelutestillä (SFS-EN 12457-3)
LIUKOISUUSTUTKIMUKSET, ANALYSOIDUT AINEET Hg, Ag, As, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, Pb, Se, Tl, V, Zn, Cd, SO 4, Cl Pitoisuudet analysoitiin seuraavin menetelmin: ICP-OES (Inductively coupled plasma) metallit CV-AAS (cold vapour atomic absorption spectroscopy) elohopea IC (ion chromatography) anionit
LIUKOISUUSTUTKIMUKSET, SIDEAINEET, KROMI Cumulative leaching 8,00 7,00 6,00 5,00 [mg/kg] 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 cement fly ash oil shale ash gypsum Gävle fly ash Cr 6,21 7,42 1,23 0,00 0,41 Inert waste limit 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
LIUKOISUUSTUTKIMUKSET, SIDEAINEET, LYIJY
LIUKOISUUSTUTKIMUKSET, SIDEAINEET, SULFAATTI
LIUKOISUUSTESTIEN TULOKSIA, KOKKOLAN SATAMA Sample code Added binders [kg/m3] Reference values for contaminated soil* Zn tot [mg/kg] Cd tot [mg/kg] Acceptance criteria for landfills*** Zn L/S 10 [mg/kg] Cd L/S 10 [mg/kg] Threshold value 200 1 Lower guideline value 250 10 Inert waste 4 0,04 Regular inorganic + Higher guideline 400 20 treated value hazardous waste 50 1 Hazardous waste limit value** 2500 1000 Hazardous waste 200 5 KS201, aged sample - - 3 300 16 41,95 < KS201, aged sample Ce 50 0,12 < KS201, aged sample Ce+BFS 50+100 0,24 < KS201, aged sample Ce+FA 50+100 0,01 < KS201, aged sample Ce+DI 50+100 0,16 < KS201, aged sample Ce+BFS+FA 50+100+100 0,01 < KS201, aged sample Ce+BFS+DI 50+100+100 < < KS201, aged sample Ce+FA+DI 50+100+100 0,13 < KS201, aged sample Ce+BFS+FA+DI 50+100+100+100 < < KS201, aged sample Ce+BFS+FA+DI 50+50+50+50 0,48 < KS201, aged sample Ce+BFS+FA+DI 50+50+50+50 < < KS201, aged sample Ce+BFS+FA+DI 50+50+50+50 < < * Finnish Govermanet Decree on the Assessment of Soil Contamination and the Remediation Need (214/2007) ** Hazardous waste limit values applied in Finland *** The Amendment of Government Decision on Landfills 202/2006 in Finland
LIUKOISUUSTUTKIMUSTEN TULOKSIA, SINKIN LIUKOISUUS Sinkin kokonaispitoisuus 3300 mg/kg
LIUKOISUUSTUTKIMUSTEN TULOKSIA, SULFAATIN LIUKOISUUS Sulfaatin liukoisuus korreloi kipsin määrän kanssa
LIUKOISUUSTUTKIMUSTEN TULOKSIA, Cu, Mo, Ni, Se liukoisuudet ylittivät useimmissa seoksissa pysyvän jätteen rajaarvon, mutta alittivat selvästi tavanomaisen jätteen raja-arvon Muiden metallien ja kloridin liukoisuudet alittivat selvästi pysyvän jätteen raja-arvot Sulfaatin liukoisuudessa todettiin tavanomaisen jätteen liukoisuusraja-arvojen ylityksiä
PÄÄTELMIÄ Pilaantuneen sedimentin stabiloinnilla sedimentin teknisiä ominaisuuksia parannetaan, jotta sitä voidaan hyödyntää maarakentamisessa Samalla erityisesti metallien kulkeutuvuutta voidaan vähentää, niiden liukoisuutta pienentämällä
KIITOS! www.smocs.eu