Passiva filtersystem för rening av lakvatten från avfallsupplag ANNA FÄLTH Vatten Miljö Teknik Institution för bygg och miljöteknik CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg, Sweden, 2009 Examensarbete 2009:01 Examensarbete 2009:01 Passiva filtersystem för rening av lakvatten från avfallsupplag Examensarbete vid Vatten Miljö Teknik motsvarande 30 hp ANNA FÄLTH Vatten Miljö Teknik Institution för bygg och miljöteknik CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg, Sweden, 2009 Examensarbete 2009:01 Passiva filtersystem för rening av lakvatten från avfallsupplag ©ANNA FÄLTH, 2009 Examensarbete 2009:01 Institution för bygg och miljöteknik Vatten Miljö Teknik Chalmers tekniska högskola 412 96 Göteborg Telefon 031-772 10 00 Omslag: Översikt av det passiva filtersystemet, Heås Reproservice, Chalmers tekniska högskola, Göteborg, 2008 Passiv filter system for water treatment of leachate Master’s Thesis corresponding 30 hp ANNA FÄLTH Department of Civil and Environmental Engineering Division of Water Environment Technology Chalmers University of Technology Abstract Leachate water is formed when snow and rain infiltrate a landfill. The leachate composition is depending on the waste and age of the landfill, and generally includes increased amount of eg COD, BOD, chloride, nitrogen and metals. The aim of this master thesis was to evaluate a passivefilter system for leachate treatment at a refuse dump. The evaluation was made with help of flow measurement, sampling, chemical analysis and evaluation of measured data. Six sample points was chosen to evaluate the different steps in the passive filter system. The goal was to determine the efficiency of each step in the system and to see if any step/filer was unnecessary. A literature study of blast furnace slag and peat use as filter material was performed as well. The results show that Ca, Fe, NH4-nitrogen, N-tot, Ba, Mn, Zn, alkalinity and turbidity was effectively reduced through the passive-filter system. Iron was reduced by 80-90 % after the first treatment with macadam filter, aeration and sedimentation. Through the whole system the reduction of Fe was 98 %. After the first step, the turbidity was also reduced. In step two, sedimentation and aeration, Ca, Mn and alkalinity were reduced. The concentration of Mn decreased with 50 % in this step. Both Mn and Fe are during precipitation working as a sorbent/coprecipitator for other metals. The other substances measured decreased more constantly through the different steps in the filter system. For Al and nitrite the concentrations increased in the passive filter system. Aluminium increased through the two last steps, the furnace slag and peat filter filter, and nitrite increased most in the second step, aeration and sedimentation. As a conclusion the passive-filter system works well. The removal efficiency of contaminants in the furnace slag and peat filter was low, and therefore these filters could possibly be excluded from the filter system. An important problem with the filter system is the emission of nitrogen as nitrate. Nitrogen is strongly regulated and the environmental objective “no over-fertilization” is important. In order to more effectively decrease nitrogen from the landfill leachate the passive filter system could be extended with a step for nitrogen removal. Key word: Leachate water, passive filter system, treatment, peat, blast furnace slag and macadam I Passiva filtersystem för rening av lakvatten från avfallsupplag Examensarbete motsvarande 30 hp ANNA FÄLTH Institutionen för bygg- och miljöteknik Vatten Miljö Teknik Chalmers tekniska högskola Sammanfattning Lakvatten bildas då snö och regn infiltrerar en deponi och kommer ut med en annan sammansättning. Vad lakvattnet innehåller beror på deponin, men det brukar ofta finnas förhöjda halter av COD, BOD, klorid, kväve, metaller mm. Syftet med examensarbetet var att utvärdera det passiva filtersystemet för behandling av lakvatten från avfallsupplaget vid Heås, Tjörn. Utvärderingen gjordes med hjälp av flödesmätningar, provtagningar, analyser och utvärderingar. I systemet valdes 6 provtagningspunkter för att kunna utvärdera effektiviteten i de olika reningsstegen i anläggning och för att kunna bedöma om något steg/ filter var onödigt. Systemet består av luftning, sedimentation, makadam-, hyttsand/hyttstens- och slutligen ett torvfilter. En litteraturstudie gjordes på de båda filtermaterialen hyttsand/hyttsten och torv. Resultaten visade att Ca, Fe, ammoniumkväve, N-tot, Ba, Mn, Zn, alkalinitet och turbiditet reducerades effektivt i anläggningen . Efter det första reningssteget med makadam, luftning och sedimentation uppmättes en tydligreduktion av Fe på 80-90 %. Totalt genom hela filtersystemet var reduktionen av Fe 98 %. I det första steget kunde även en klar reduktion av turbiditeten urskiljas. Efter det andra reningssteget med sedimentation och luftning reducerades Ca, Mn och alkalinitet. Mn minskade med 50 procent i detta steg. Både Mn och Fe kan fungera som sorbeter för andra metaller vid utfällning. Övriga ämnen som minskat genom filtersystemet har reducerats mera jämt över de olika stegen. Halterna av Al och nitrit ökade i systemet vilket är oroväckande då nitrit har toxiska effekter på människan. Al ökade genom slagg och torvfiltren, medan nitrit ökade mest i det andra steget efter luftning och sedimentation. Som slutsats kan säga att systemet fungerar bra. De två sista stegen med masugnsslagg och torv visade i denna studie på en mycket låg reningseffektivitet och kan eventuellt tas bort från systemet. Viktigt för framtida studier är utsläppet av kväve i form av nitrit från deponin. Kväve är idag hårt reglerat, och miljömålet ”Ingen övergödning” har stor vikt. Kväve är det ämne som i dagsläget är det största miljöproblemet med lakvattnet efter rening i anläggningen vid Heås. För att minska kvävehalterna kan systemet kompletteras med ytterligare ett reningssteg. Sökord: lakvatten, passiva filter, rening, torv, masugnsslagg, makadam II Förord Projekt: Examensarbete för Tjörns kommun och Ramböll Sverige AB utförd vid Chalmers tekniska högskola, Göteborg. Handledare: Ann Margret Strömvall och Yuliya Kalmykova, Chalmers samt Kristina Hargelius Ramböll Författarens bakgrund: Kandidatexamen inom biologi, Linköpings Universitet samt Masterexamen inom miljövetenskap med naturvetenskaplig inriktning, Göteborgs Universitet. Ett stort tack riktas till mina handledare för stöd och guidning genom hela arbetet. Ger även ett stort tack till Tjörns kommun, Merox och Ramböll som gjort examensarbetet möjligt. Vill även ge ett tack till vänner som hjälpt till med korrekturläsning av rapporten och till Jonas Kristiansson som hjälpt till med tekniska hinder och allmänt stöd. Tack! III IV Innehållsförteckning Abstract .................................................................................................................................................................................... I Sammanfattning ..................................................................................................................................................................II Förord..................................................................................................................................................................................... III 1. Inledning ...................................................................................................................................................................... 1 1.1 Syfte .................................................................................................................................................................... 1 1.2 Avgränsningar.................................................................................................................................................. 2 1.3 Bakgrund ........................................................................................................................................................... 2 1.3.1 Heås .......................................................................................................................................................... 2 1.3.2 Lakvatten ................................................................................................................................................ 3 2. Litteraturstudie .......................................................................................................................................................... 5 2.1 Masugnsslagg................................................................................................................................................... 6 2.2 Torv...................................................................................................................................................................... 7 2.3 Andra reningsstegsteg.................................................................................................................................. 8 3. Metod............................................................................................................................................................................. 8 3.1 Genomströmningshastighet........................................................................................................................ 8 3.2 Provtagning....................................................................................................................................................... 9 3.2.1 Provtagningskärl................................................................................................................................... 9 3.2.2 Provtagningsmetod ............................................................................................................................. 9 3.2.3 Provtagningsplatser........................................................................................................................... 10 4. Resultat och diskussion ........................................................................................................................................ 10 4.1 Procentuell ökning/minskning totalt i systemet................................................................................ 10 4.1.1 Tungmetaller........................................................................................................................................ 12 Metaller .................................................................................................................................................. 12 4.1.2 4.1.3 Mineraler ............................................................................................................................................... 13 4.1.4 Kväve...................................................................................................................................................... 14 4.1.5 Övrigt...................................................................................................................................................... 15 4.2 Effektivitet av olika reningssteg.............................................................................................................. 16 4.2.1 Thomson................................................................................................................................................ 16 4.2.2 Luftning och sedimentation............................................................................................................ 16 4.2.3 Makadam............................................................................................................................................... 17 4.2.4 Masugnsslagg ...................................................................................................................................... 18 4.2.5 Torv ......................................................................................................................................................... 19 4.3 Utsläppsvärden.............................................................................................................................................. 20 4.4 Felkällor............................................................................................................................................................ 21 4.5 Uppskattad rening av filtersystemet ..................................................................................................... 21 5. Slutsats och rekommendationer........................................................................................................................ 22 Referenser ............................................................................................................................................................................ 24 5.1 Böcker och rapporter .................................................................................................................................. 24 5.2 Muntliga referenser...................................................................................................................................... 26 Bilagor.................................................................................................................................................................................... 27 Bilaga 1. Provtagning hos ALS Analytica 2. Resultat från ALS Analytica 3. Egna mätvärden V 1. Inledning Lakvatten från avfallsupplag bildas genom att regn och snö infiltrerar deponin och reagerar med de olika komponenterna i avfallet och rinner slutligen ut med en helt annan sammansättning än den ursprungliga. Vatten kan med dess komplexa sammansättning påverka naturen på både kort och lång sikt. Då lakvatten innehåller en mängd olika föroreningar bör vattnet renas innan det släpps ut i recipienten. Även låga halter av föroreningar kan i stora mängder vara farliga för miljön. I lakvatten kan det finnas förhöjda halter av lätt nedbrytbart organiskt material (BOD), svårnedbrytbart organiskt material (COD), klorid, ammonium, metaller, tungmetaller, halogenerade ämnen (EOX), bromerade flamskyddsmedel, ftalater, nonylfenoler, PAH etc (Sandberg, 2007). Den exakta sammansättningen av föroreningar i lakvattnet beror på vilken typ av avfall som deponerats, anläggningens utformning och ålder samt tillförsel av yt- och grundvatten (Naturvårdsverket, 2008). Transport av lakvatten direkt till ett kommunalt avloppsreningsverk kan i vissa fall innebära problem i reningsprocesserna i verket eftersom sammansättningen på lakvatten ofta skiljer sig avsevärt från genomsnittligt kommunalt avloppsvatten. Lakvatten kan innehålla höga halter av kväve vilket kan störa näringsbalansen i reningsverket om tillskottet av lakvatten är stort, även tungmetaller i höga halter kan påverka reningen genom en inhiberande effekt på de biologiska processerna i avloppsreningsverket (Olsberg, 2004). Förutom detta kan ett reningsverk även få problem att hitta användningsområden för det överblivna slammet, då det kan innehålla höga halter av metaller. Den komplexa sammansättningen av lakvattnen från deponier gör det därför enklare att anordna en lokal rening än att sända vattnet till det kommunala vattenreningsverket (Sandberg, 2007). På Heås avfallsanläggning i Tjörns kommun har ett passivt filtersystem nyligen installerats för rening av lakvatten. Val av material till passiva filterbarriärer styrs bl.a. av om föroreningarna i lakvattnet är partikelbundna eller om de är lösta, samt om föroreningarna har potential att kemiskt eller biologiskt omvandlas till mindre farliga ämnen. Tjörns kommun, ägare av deponin och uppdragsgivare, har valt ett passivt reningssystemsystem som både är energisnålt och kräver liten tillsyn. Vattenreningssystemet består i dagsläget av ett stort makadamfilter med varierande partikelstorlek och en liten naturlig luftning, ett Thomsonöverfall, två sedimenteringsbassänger med luftning, ett makadamfilter med partikelstorlek mellan 8-16 mm, ett hyttsandfilter med partikelstorlek 4 mm som under examensarbetet byttes ut till hyttsten med partikelstorlek 8-11 mm, samt ett torvfilter bestående av torvpellets i 2 etapper se Figur 1. 1.1 Syfte Examensarbetet syftar till att utvärdera och fördjupa förståelsen för reningsprocesserna i de olika stegen i vattenreningssystemet på Heås avfallsdeponi, Tjörns kommun. Utvärderingen har genomförts genom flödesmätningar, vattenprovtagningar och kemisk karakterisering av vattnet efter de olika stegen i vattenreningen. Speciellt intressant att studera är de passiva filtren, ett med hyttsand/ hyttsten och ett med torv, som har installerats som avslutande reningen i processen. Även en litteraturstudie om passiva filtersystem för rening av lakvatten har utförts. De specifika målen är att: 9 genomföra provtagningar på vattnet efter de olika reningsstegen och utvärdera de kemiska analysresultaten 9 genomföra en flödesmätning för att få en uppfattning av uppehållstiderna i de olika reningsstegen 1 9 9 för torv och masugnsslagg, som används som sorbentmaterial i de passiva filtren, jämföra resultaten i fält med tidigare studier som utförts i laboratorieskala. utifrån resultaten ovan och litteraturstudien förklara reningsprocesserna i de olika stegen, samt ge förslag på hur de och systemet som helhet kan förbättras för effektivare rening. Viktiga frågeställningar att behandla i arbetet är att urskilja om något steg i reningsprocessen är onödig? Sitter de olika reningsstegen i rätt ordning? Bör något steg omplaceras? Är det någon rening som fattas? Skulle systemet klara höga halter av föroreningar, eller skulle vissa ämnen passera rakt igenom systemet orenade? 1.2 Avgränsningar Studien avgränsar sig till lakvatten från Heås avfallsanläggning, Tjörns kommun. Antal provtagningar, sex stycken, beslutades i samråd med handledare och uppdragsgivare. Hänsyn togs till ekonomi och tid. Analyser av vattnet utfördes av ALS Analytica AB och de ämnen som analyserades var enligt deras fys-kem parametrar, metaller enligt V-3A och opolära alifater. För mer detaljerad information se Bilaga 1. Dessa analysparametrar valdes då de tidigare används i samband med kontrollprogrammet för avfallsupplaget och då de ger bra förutsättningar till fortsatta studier. Målet med vattenreningssystemet vid avfallsupplaget på Tjörn är att det skall vara energisnålt och inte kräva omfattande tillsyn. Avgränsningen har därför gjorts till att studera de reningssteg som redan finns på plats: makadamfilter, luftning, sedimentering, hyttsandfilter samt torvfilter. En fördjupad litteraturstudie gjordes även på masugnsslagg och torv för att få en förståelse om hur materialen i filtren fungerar på en vetenskaplig grund. 1.3 Bakgrund 1.3.1 Heås Om inget annat anges är källan ”Kontrollprogram lakvatten”, 2004. Heås avfallsdeponi ligger placerat mitt på Tjörn, ca 7 mil norr om Göteborg. Från slutet av 1960talet och fram till 1983 deponerades allt avfall från kommunen på Heås. Mellan åren 1983 och 1992 deponerades endast så kallat icke branschspecifikt industriavfall utan föregående återvinning eller sortering. Från 1992 deponerades enbart restavfall från sorterat och kontrollerat industriavfall från kommunerna Tjörn och Stenungsund. Deponeringen som fortgått fram till 2007 bestod av restfraktioner från hushållsavfall inklusive park- och trädgårdsavfall, bygg- och rivningsavfall samt jord- och schaktmassor. Även specialavfall så som asbest, slam från rensbrunnar, slam och kalkslam från fiskindustrin har tagits emot. Idag sker ingen deponering på platsen och stationen fungerar endast som återvinningsstation. Då deponin funnits under en längre tid och det är en stor variation på det avfall som placerats där är det svårt att säga exakt vad som finns i deponin och i vilka mängder olika föroreningar förekommer. Utförda provtagningar av sedimentet i lakvattendammarna visar att lakvattnet innehåller en del tungmetaller som fällts ut och sedimenterat. Även en del tyngre kolväten där PAH ingår har analyserats i sedimentet, halterna var inte höga men de påvisar att avfallsupplaget även innehåller organiska ämnen som är skadliga för miljön. I övrigt underskred halterna av bekämpningsmedel och klorfenoler detekterbara gränser, lakvattnet innehåller inte heller nämnvärda halter av näringsämnen eller salter. Enligt en beräkning av vattenbalansen uppgår nuvarande lakvattenbildning till ca 19-29000 m3/år. Mängden vatten kommer dock att minska kraftigt efter sluttäckningen. Hur sluttäckningen kommer att gå till och vilka material som skall användas är ej ännu fastställda. 2 Syftet med lakvattenreningen är att minimera lakvattnets påverkas på nedströms liggande bäcksystem och på det skyddsvärda havsområde som Hällebäcken mynnar i. Systemet skall fungera löpande men skall också kunna stå emot oförutsedda utsläpp med höga koncentrationer av föroreningar. 1.3.2 Lakvatten Enligt avfallsförordningen 2001:1063 Bilaga 2 är lakvatten klassat som avfall enligt: 19 07 02*1 Lakvatten från avfallsupplag som innehåller farliga ämnen 19 07 03 Annat lakvatten från avfallsupplag än det som anges i 19 07 02 (Avfallsförordning (2001:1063)). Hur lakvatten definieras beror på om deponin är täckt/avslutad eller inte. Vid en avslutad och täckt deponi definieras lakvatten som nederbörd + ytvattenavrinning + nettogrundvattentillrinning – ytvattenavrinning – evapotranspiration medan definitionen vid en öppen deponi är nederbörd + ytvattentillskott + nettogrundvattentillrinning + vatten tillfört via avfallet + biologisk nettoproduktion av vatten – evapotranspiration – ytvattenavrinning – vattenavgång i gasfas – ökning av deponins vatteninnehåll (Wertsberg, 2004; Hjelm, 2005). Lakvatten bildas genom att regn och snö infiltrerar deponin och reagerar med de olika komponenterna i avfallet för att slutligen rinna ut med en helt annan sammansättning än den ursprungliga (RVF, 2005). I gamla deponier bildas lakvatten även genom att grund- och ytvatten tränger in i deponin. Den mängd vatten som uppstår varierar med nederbörd, nedbrytning och temperatur (Hjelm, 2005). Den komplexa sammansättningen på lakvatten i allmänhet gör det svårt att rena. Det har visat sig vara lättare att rena ett konstgjort lakvatten, då den kemiska sammansättningen är mindre komplex och föroreningskoncentrationerna mindre varierande, än i ett äkta lakvatten (Kalmykova et al., 2007). En deponi genomgår olika faser när avfallet bryts ned, denna process påverkar lakvattnets sammansättning. Naturvårdsverket (2008) har delat in dessa enligt: 9 9 9 9 9 Kortvarig aerob fas Anaerob fas Surfas Metanogen fas Humusfas I den kortvariga aeroba fasen bryts materialet ned med hjälp av syre. När syret tar slut eller minskar övergår denna fas i en anaerob fas. Här reduceras nitrat med hjälp av denitrifikationsbakterier. Därefter inträder surfasen, här sker en ofullständig nedbrytning av organiskt material. Fasen kännetecknas av lågt pH-värde och höga halter av ammonium, svavel, BOD och COD. Den metanogena fasen kännetecknas av bildning av metangas, neutralt pH-värde samt medelhöga halter av BOD. Humusfasen, den sista fasen, inträffar då syre och kväve tränger in i de övre lagren av deponin (Eriksson, 2005; Sandberg, 2007). Det är svårt att avgöra vilken fas en deponi ligger i då flera faser kan pågå samtidigt fast på olika djup. En viktig faktor att beakta när man arbetar med lakvatten är att låga koncentrationer av analyserade föreningar inte skall tolkas som att lakvattnet inte är miljöfarligt. Stora volymer av vatten med låga koncentrationer kan medföra att signifikanta mängder av föroreningar ändå 1 * står för farligt avfall 3 kommer ut i miljön (Öman et al., 2000). Många ämnen, både organiska föroreningar och metaller, är också persistenta och bioackumulerbara vilket innebär att även låga halter i ett lakvatten på sikt kan leda till höga halter hos organismer högt upp i näringskedjorna. Då en deponi kan bestå av en variation av ämnen är det svårt att säga exakt vad ett lakvatten innehåller. Generellt brukar lakvatten innehålla höga halter av organiskt material (DOC), med högt pH-värde samt en hög buffertkapacitet (Hjelm, 2005). Lakvatten kan med dess komplexa sammansättning påverka naturen på både kort och lång sikt. På kort sikt kan t ex pH-förändringar och toxiska egenskaper snabbt påverka växter och djur. På längre sikt kan eutrofieringen öka p.g.a. innehåll av näringsämnen och det finns en hälsofara även för människan. Hälsofarliga egenskaper hos ämnen i lakvattnet kan vara carcinogenicitet (cancerrisk), mutagenicitet (risk för skador på arvsanlag) och teratogenicitet (risk för fosterskador) (RVF, 2005). I dagens läge sker hela tiden förändringar och det är svårt att säga om vi besitter all kunskap, det kan finnas ämnen som inte är upptäckta ännu, och försiktighetsåtgärder bör vidtas (Färm, 2002). Fastän lakvatten är klassat som avfall, har Sverige inte upprättat någon generell lagstiftning om tillåtna halter av ämnen i utgående lakvatten (RVF, 2006). Även om det inte finns några klara gränsvärden på lakvatten från deponier finns det i förordningen om deponering av avfall (2001:512) 22§ skrivet att ”lakvattnet skall behandlas så att det kan släppas ut utan att utsläppet strider mot gällande bestämmelser om skydd för människors hälsa och miljö eller mot villkor som gäller för verksamheten”. Detta kan indirekt användas för att sätta upp gränsvärden. Under 2007 har det framkommit utsläppsvillkor från deponier som är fastställda av domstolar. Dessa värden kan ses som en grund för kommande gränsvärden, se Tabell 1 (Naturvårdsverket, 2008). Tabell 1 Utsläppsvillkor från deponier som under 2007 fastställs av domstol. Utsläppshalter till Bedömningsgrunder sötvattenrecipient, sjöar och vattendrag, Parametrar Enhet Riktvärden2 låga halter3 BOD7 mg/l 5 TOC mg/l 30-130 4-8. Totalkväve mg/l 10-40 Ammoniunkväve mg/l 3-5. Totalfosfor mg/l 0,05-0,4 Arsenik µg/l 10 0,4-5 Bly µg/l 2-3. 0,2-1 Kadmium µg/l 0,2-0,5 0,01-0,1 Koppar µg/l 10-20. 0,5-3 Krom µg/l 20-30 0,3-5 Nickel µg/l 30-60 0,7-15 Zink µg/l 30-60 5-20. 2 Utsläppshalter till Öresund4 10 COD 150 15 0,5 10 50 0,2 50 50 50 100 Mål 1411-07 Nacka tingsrätt, M 131-99 Östersunds tingsrätt, M 1443-07 Nacka tingsrätt 3 Naturvårdsverket, Bedömningsgrunder för miljökvalitet, Sjöar och vattendrag, rapport 4913, låga halter dvs. Små risker för biologiska effekter. Majoriteten av vatten inom denna klass har förhöjda metallhalter till följd av utsläpp från punktkällor och eller långdistansspridning. Klassen kan dock inrymma halter som är naturliga i t.ex. vissa geologiska avvikande områden. Haltförhöjningen är sådan att mätbara effekter i allmänhet inte kan registreras. 4 Mål 3300-05 Växjö tingsrätt. 4 Kvicksilver VANADIN Klor Opolära alifatiska kolväten Olja Cancerogena PAH Övriga PAH µg/l µg/l mg/l mg/l mg/l 0,1-0,5 0,2 50 30 5 3 µg/l µg/l 0,5 5 Förutom dessa villkor finns det även krav på andra parametrar exempelvis flöde, pH, PAH, PCB, AOX, nonlyfenoler och toluen (Naturvårdsverket, 2008). Rikt- och gränsvärdesnivåer måste bestämmas med hänsyn till den specifika deponin, värdena bör skrivas i tillståndet om det är möjligt (Förordning (2001:512) om deponering av avfall). Det finns flera fördelar med generella riktvärden för utsläppta halter och/eller mängder men även nackdelar, se Tabell 2 (RVF, 2006). Tabell 2 Fördelar och nackdelar med generella riktvärden. Fördelar Nackdelar De är rättvisa och konkurrensneutrala Vid % avskiljning är de enkla att förstå för alla Utveckling och applicering av ny kunskap och teknik går långsamt Hög % -avskiljning av ämnen kan vara svåra att nå om ingångsvärdena är låga i lakvattnet Positivt för verksamhetsutövare Ta ej hänsyn till den ”specifika” recipienten 2. Litteraturstudie Litteraturstudien är avgränsad till en fördjupning kring passiva filtersystem samt mer ingående förklaringar om masugnsslagg och torv. Om inget annat nämns, är informationen hämtad från Larsson et al., 2007. Val av material till passiva filterbarriärer för rening av lakvatten styrs bl.a. av om föroreningarna i lakvattnet är partikelbundna eller om de är lösta, samt om föroreningarna har potential att kemiskt eller biologiskt omvandlas till mindre farliga ämnen. Föroreningar som är starkt partikelbundna kan tas om hand i ett partikelfilter. För lösta ämnen gäller att skapa förutsättning för sorption. Filter för passiv sorption/ filtrering/ nedbrytning kan grovt delas in i följande tre typer: 9 Sorptionsfilter 9 Partikelfilter 9 Reaktiva filter Partikelfilter Fastläggning i en passiv filterbarriär av partikelbundna föroreningar sker vanligtvis genom att lakvatten transporteras passivt genom partikelfiltret, så kallad direktfiltrering. Kornstorleken till ett partikelfilter baseras vanligtvis på partikelstorleksintervallet i lakvattnet som den största andelen föroreningar sitter bundna till. Vanligtvis, ju mindre partikeldiameter desto högre andel förorening. Filtermaterialet måste vara beständigt i långt tidsperspektivet gentemot fysikalisk, kemisk, biologisk och termisk påverkan. Den påverkan som de föroreningar som filtret är avsett för, måste därvid särskilt beaktas. 5 Sorptionsfilter Allmänt kan huvuddelen av vattenburna föroreningar fastläggas i sorptionsfilter. Sorptionsförmågan har fundamental betydelse för att fastläggning av vattenburna föroreningar ska erhållas. Den varierar från material till material i förhållande till de ämnen som ska sorberas. Variation sker därtill med den laddning som ämnet/ämnena har, ett och samma ämne kan ha olika laddningar exempel Cr och As (Drever, 2002). Sorptionsförmågan varierar också i förhållande till de enskilda ämnenas koncentrationer. Uppehållstid är en viktig parameter vid användandet av sorptionsfilter. Reaktiva filter Med reaktiva filter anses främst filtermaterial som kemiskt eller biologiskt oxiderar eller reducerar föroreningen så att den omvandlas eller bryts ned. Den bildade föreningen fastläggs inte primärt i filtret utan fastläggning sker istället nedströms filtret. Den övervägande delen av föroreningar som kan behandlas med reaktivt filter är organiskt baserade ex PAH, fenoler, aromater samt en del metaller. De material som valts att studera lite närmare är masugnsslagg och torv. De båda materialen tillhör gruppen sorptionsfilter. Trots detta kan båda ämnena under omständigheter även fungera som reaktiva filter i teorin (Strömvall, 2008). Materialen skiljer sig dock åt då torv är ett organiskt material och masugnsslagg är ett oorganiskt material. 2.1 Masugnsslagg Varje år producerar SSAB Oxelösund 240 000 ton masugnsslagg, vilket bildas som biprodukt parallellt med järnframställningen i masugnarna. Den bildade masugnssslaggen utgör råvaran för att framställa Hyttsand och Hyttsten. Genom att snabbkyla masugnsslaggen erhålls Hyttsand, vilket blir en glasig sandliknande produkt. För att framställa Hyttsten får masugnsslaggen svalna långsamt och denna får då en mer kristallin struktur. Båda materialen innehåller bland annat kalcium-magnesium silikater i olika former se Tabell 3 (Merox.se). Masugnsslaggen är basisk och har ett pH-värde mellan 9-11, men i takt med att Ca och Mg löses upp avtar pH:t med tiden mot mer neutralt. Finkornigt material ger oftast ett högre pH-värde på kort sikt än grövre material. I texten kommer hyttsand/sten skrivas med samlingsnamnet masugnsslagg. Tabell 3 Innehåll i masugnslagg (Merox.se), värdena är omräknade till oxidformer. Ämne Formel Andel Kiseldioxid SiO2 34 % Kalk CaO 29 % Magnesiumoxid MgO 17 % Aluminiumoxid Al2O3 13 % S 1,5 % Järnoxid FeO 0,5 % Manganoxid MnO 0,5 % Svavel Då masugnsslaggsprodukten är en alkalisk produkt har den en god förmåga att neutralisera syra och kombinerat med dess jonbyteskapacitet samt sorptionsegenskaper är den även lämplig att använda som filtermaterial för förorenade vatten (Dimitrova et al., 1998; Blom et al., 2008). Slaggens kapacitet att utbyta kalciumjoner, dvs. sorptionseffektiviteten, ökar då slaggen har en kristallin struktur. Sorption av metaller/ metalljoner beror av lösligheten och hydrolys av kalciumoch aluminiumsilikater i slaggen (Dimitrova et al., 2000). Det finns en mängd faktorer som påverkar avskiljningens effektivitet. Några sådana är pH, temperatur, mängd löst organiskt material samt andra ämnen (t.ex. karbonat) som kan komplexbinda metallerna (Lindquist, 2005). 6 Flera artiklar bland annat Hjelm (2005), Larsson (2007), och Dimitrova et al., (1998, 2000, 2002), Kietlin´ska et al., (2005) och Das et al., (2006) har påvisat att masugnsslaggsprodukten fungerar bra som sorbent för metaller. Dimitrova et al., (1998 och 2000) visade att den var bra sorbent för Pb- (bly), Cu- (koppar), Zn- (Zink) och Ni-joner (Nickel). Kietlin´ska et al., (2005) visade även att produkterna sorberade Ca (kalcium). En annan faktor som bör beaktas i de olika sammanhangen är att masugnslaggsprodukter förlorar alkalinitet som funktion av filtreringstid, med minskad avskiljningseffektivitet som följd (Larsson, 2007). Åldern på filtermaterialet spelar följaktligen en viktig roll i avskiljningsprocessen (Blom et al., 2008). Enligt Blom et al., (2008) så försämras masugnsslaggens sorptionsförmåga om vattnet har hög komplexitet och instabilitet eftersom de reaktioner som vill uppnås hämmas. Masugnsslaggen fungerar bäst som filtermaterial när vatteninnehållet är stabilt med låga partikelhalter och när större delen av föroreningarna förekommer i löst tillstånd (Bengtsson, 2003). För att kunna bedöma olika materials lämplighet som sorbent används olika matematiska modeller. De modeller som vanligen används är Langmuir och Freundlich isotermer (Larsson, 2007 och Brown et al., 2000). Dessa ekvationer är avsedda för att beskriva rena adsorptionsprocesser. Det innebär att de är av begränsad betydelse i de fall då ett material binder in ett ämne genom utfällningsmekanismer. Masugnsslaggsprodukter har visat en god kapacitet att reducera fosfor (P) i vattenlösningar (Sheng-gao et al., 2007 och Oguz, 2004). Denna egenskap hos materialen är väldigt bra då fosfor är en bidragande faktor till övergödning i våra svenska sjöar och vattendrag. Hyttsand/Hyttsetn verkar har en sämre kapacitet för att rena föroreningar om de förekommer i för låga koncentrationer Nehrenheim (2007) och föroreningarna kan då passera filtret utan att avskiljas. Studien visar dock att materialet reducerar höga halter av föroreningar med hög effektivitet, vilket är positivt vid lakvatten från en deponi då föroreningshalterna kan variera kraftigt. 2.2 Torv Torven som använts under projektet kommer från Neova och de har i dagsläget 65 torvtäkter. Torven till projektet kommer från Haukineva region, Peräseinäjoki, Finland och består utav ren torv utan inblandning av andra råvaror (Oscarsson, 2008). Innan torven pressats erhölls en humifieringsgrad på 5 och en fukthalt på 45 % (en variation på 40-50 %). Torv är det material som hittills använts mest som sorbent i passiva filterbarriärer. Detta beror på en kombination av god fastläggningsförmåga samt låga priser. Torv har god potential att fungera som sorbent, både för organiska föroreningar och metaller. Detta beror på torvs höga andel av organiskt innehåll/material som uppvisar både opolära och polära sorptionssäten (Larsson, 2007). Torvens förmåga att binda metalljoner kan minska vid högt vattenflöde. Detta beror på att partiklarna inte kan sorbera i torven samt att det höga vattenflödet gör att lösta metalljoner som fastnat i torven tidigare, kan frigöras (Bohm, 2000). Sorptionskapaciteten hos torv styrs av hur förmultnad (humifierad, nedbruten) den är. Humifieringsgraden mäts i en tiogradig skala, 1 motsvarar ringa och 10 fullständig humifiering. Generellt önskas en humifieringsgrad mellan 5–8 för torv som sorbent i passiva filter (Larsson, 2007). Nedbrytnings/humifieringshastigheten av torven beror bl.a. på om aeroba eller anaeroba förhållanden råder i lakvattnen samt i torvfilter. Anaerob nedbrytning går vanligtvis långsammare än aerob. Viktigt att uppmärksamma är att nedbrytning av torv har potential att lösgöra tidigare bundna tungmetaller (Larsson, 2007 och Kalmykova et al., 2007). 7 Metallsorption på torv kan förklaras med flera olika mekanismer, dock anses komplexbindning vara den mest vanliga (Brown et al., 2000). Metallerna binds då till karboxyl- och fenolsyragrupper (Crist et al., 1996). Ytadsorption är en annan mekanism där partiklar i torv binder till metalljoner. Mekanismen förklaras av att positivt laddade joner dras till negativt laddade ytor och inget utbyte av joner eller elektroner sker (Brown et al., 2000). Lakvatten är innehållsmässigt komplext och konstgjort lakvatten har en sorption på ca 20 % mer än naturligt lakvatten (Kalmykova, 2007). Resultaten visade också att partikelstorlek är viktigt för sorption, då den bestämmer den specifika yt- arean på materialet. En viktig faktor som påverkar sorptionsförmågan för torv är pH-värdet i omgivningen det vill säga aktiviteten av vätejoner i lösningen. Torvens sorptionsförmåga minskar för en del tungmetaller med ökat pH-värde (Larsson, 2007). Optimalt pH-värde för sorption av metaller varierar från metall till metall, trots detta kan ett optimalt generaliserat pH-värde för de flesta divalenta (tvåvärda) metalljoner läggas mellan 3,5 och 6,5 (Brown et al., 2000). Torv är känsligt för höga pH-värden, är pH-värdet över 8 i lakvattnet löses torven delvis upp (Larsson, 2007). Torv fungerar bra som sorbent för flera ämnen. Torv har bra sorption för metallerna Pb (bly), Cu (koppar), Zn (zink), Cr (krom) men fungerar även som bra sorbent av dieselolja och n-alkanerna C16 och C12 (Kalmykova et al., 2007) Även Ringqvist et al., (2001) påvisade torvs goda sorptionsförmåga av metallerna Zn (zink) och Cu (koppar). Förutom metallerna nämnda ovan, har torv visat god sorptionsförmåga för Hg (kvicksilver) (Bohm 2000). Trots att flera studier har visat att torv har god sorptionsförmåga av metaller hävdar andra artiklar/ rapporter att torv i sig själv inte fungerar som en bra sorbent av metaller i låga halter (RVF, 2005; McLellan et al., 1987). 2.3 Andra reningsstegsteg Förutom de material som nämnts tidigare i texten består reningsprocessen av fler effektiva reningssteg. Kalmykova et al. (2007) visar i sin artikel att sedimentation är en bra metod för att minska järnjoner i vatten. I en studie har visats att sedimentationsdammar kan reducera stora delar av partikelbundet material (Färm, 2002). Sedimentationsdammar kan redan i början av systemet minska halter av flera ämnen. Även luftning är viktigt i en reningsprocess då det ger möjlighet att minska kvävehalterna i vattnet. Förutom de material som nämnts har Bengtsson, 2003 visat i sin text att det finns flera andra bra material att använda vid vattenreningen. Han nämner exempelvis Opoka, zeolit och tallbark som bra material vid rening av Cu och Zn. 3. Metod Metodavsnittet innehåller flödesmätning av systemet samt provtagningarna. För att få en god överblick av provtagningarna är de uppdelade i kärl, metod och platser. Provtagningsplatserna redovisas i en figur under 3.2.3. 3.1 Genomströmningshastighet Ett ungefärligt flöde i vattensystemet bestämdes genom att göra en infärgning av vattnet med hjälp av ämnet Fluorescein DTD (uranin, Fluoresceinnatrium). Fluorescein DTD har en skarp grön färg som gör det lätt att följa vattnets framfart (se, säkerhetsdatablad). Ämnet är inte toxiskt och troligen inte bioaccumulerbart (se, säkerhetsblad). Flödet bestämdes för att följa lakvattnets transport genom systemet vid provtagningarna. Flödeshastigheten beräknades ligga på ca 0,02 m/s (1 m/ min). Vid infärgningen följdes det första infärgade vattnet, vilket gör att flödeshastigheten är lite missvisande och att det i verkligheten är lite långsammare. Att följa den 8 första infärgningen berodde på att den var lättast att lokalisera. I framtiden skall flödet mätas med hjälp av ett Thomsonöverfall och tillhörande mätsticka. 3.2 Provtagning Provtagningstillfällen av lakvattnet vid Heås avfallsupplag genomfördes under sex tillfällen, den 18/6, 9/7, 29/7 3/9 24/9 och 8/10. Proverna sändes med paket till ALS Analytica i provflaskor för analys. I fält bestämdes även pH, konduktivitet, temperatur, flöde och syrehalt i samtliga provpunkter. Konduktivitet, pH och temperatur mättes med en ”Combo pH & EC waterproof” medan syrehalten bestämdes med en ”Portable waterproof microprocessor dissolved oxygen meter” (HI 9146). Instrumenten kalibrerades kontinuerligt. Flödet bestämdes med hjälp av en hink och ett tidtagarur. 3.2.1 Provtagningskärl Provflaskor till de olika proverna erhölls från ALS Analytica. De som användes var: 9 1 liters glasflaskor till olja 9 0,5 liters plastflaskor till fys-kem parametrar 9 0.15 liters plastflaskor till grundämnen 3.2.2 Provtagningsmetod Lakvattnet samlades upp med pump från samtliga provtagningspunkter, med undantag för Thomsonöverfallet och torvfiltret. Vid dessa punkter fanns ett naturligt överfall och vattnet kunde samlas in utan hjälpmedel. Samtliga flaskor sköljdes med lakvatten från respektive provtagningspunkt. Alla flaskor fylldes med vatten upp till kanten och förseglades med skruvkork. Flaskorna transporterades kylda till analyslaboratoriet inom 24 timmar. Figur 1 Överblick av vattenreningssystem 9 3.2.3 Provtagningsplatser Provtagningspunkt I-VI visas i Figur 1. Första provtagningspunkten (I) ligger efter det första stora makadamfiltret. Här samlas vattnet i en liten damm innan det förs vidare ner till sedimentationsbassängen via ett Thomsonöverfall. Innan vattnet når Thomsonöverfallet tvingas vattnet med hjälp av en lerbädd upp och genomgår en liten luftning. Andra provtagningspunkten (II) är direkt efter Thomsonöverfallet där vattnet faller ner mot sedimenteringsdammarna. Sedan rinner vattnet genom två sedimenteringsbassänger med luftning. Därefter ligger den tredje provtagningspunkten (III) i bäcken. Nästa steg i reningen är ett makadamfilter med mindre partikelstorlek än det föregående i början av systemet, provtagningspunkt (IV) är direkt efter detta filter. Nästa provtagningspunkt (V) är efter hyttsandfiltret. Den sista provtagningspunkten (VI) är placerad sist i systemet då vattnet har passerat ett torvfilter i två etapper. 4. Resultat och diskussion Efter 3 provtagningar togs ett beslut om att byta ut hyttsanden mot hyttsten. Hyttsanden fungerade dåligt vid högt vattenflöde då det uppstod översilning och strömningar över filtret. Hyttstenen är ett material med större partiklar och tillåter högre flöde. Då hyttsand och hyttsten båda består utav masugnsslagg redovisas ämnena i samma diagram. De steg/ filter innan masugnsslaggen har bevarats i samma skick som tidigare, då dessa filter inte påverkats av utväxlingen av hyttsands till hyttsten. 4.1 Procentuell ökning/minskning totalt i systemet Reningssystemet har förutom ett byte i mitten av provtagningarna från hyttsand till hyttsten varit intakt. För att få en god överblick av systemet och för att studera om ämnen tagits upp i de olika reningsstegen eller om de har lakats ut har en sammanställning av utvalda mätvärden gjorts. Redovisningen sker i form av den procentuella ökning/ minskning som sker av ett ämnen totalt, genom hela systemet, se Figur 2. Samtliga analysdata från ALS Analytica återfinns i Bilaga 2. Då förekomsten av föroreningar i lakvattnet är varierande är det svårt att dra säkra slutsatser. Beroende på pågående processer i deponin kan halterna variera kraftigt. Utifrån resultat i Figur 2 kan det utläsas vilka ämnen som minskat och vilka som ökat genom systemet under detta projekt. De ämnen som stabilt minskat genom systemet (Figur 2) är tot ext alifater, Ca, Fe, ammoniunkväve, N-tot, alkalintiet, Ba, Mn, Zn och turbiditet. Ämnena har minskat från ca 10 % upp till nästan 100 %. Fe är det ämne som minskat mest och reningsgraden är på ca 99 % som medel. I systemet har det även skett en del ökningar av ämnen. En del ämnen varierar kraftigt men de ämnen som stabilt ökat under provtagningarna är nitrit och Al. Nitrit har ökat med allt från ca 8000 till 200 % medan Al har ökat med ca 200 % (+/- 100). Som nämnts innan är sammansättningen på lakvattnet varierande och vissa ämnen har både ökat och minskat genom systemet beroende på dag. De ämnen som varierat är K, Mg, Na, S, klorid, As, Co, Cr och Cu. Ämnena har varierat genom hela systemet, på specifika steg inom reningen kan annan information utläsas och ett ämne som totalt genom systemet har ökat kan ha minskat vid ett specifikt steg. En mer ingående redovisning av ämnen sker i fem grupper, tungmetallerna ex As, Cd, Co, Cu, Hg, Ni, Pb och Zn, metaller Fe, Mn och Al, mineraler så som Ba, K, Na, Ca och Mg, kväve exempelvis ammoniumkväve, N-tot och nitrit samt övriga ämnen som alifater, aromater, alkalititet, turbiditet mm. 10 Figur 2 Procentuell reningskapacitet för olika föroreningar i det passiva filtersystemet vid Heås. 11 % -100,0 -90,0 -80,0 -70,0 -60,0 -50,0 -40,0 r r ar te t ex a lif t a to ra te ä ol a l if to o p -30,0 te a -20,0 xt -10,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 om at er Ca Fe K M g Na S C M OD m D7 i on BO am n um ä kv v e N -t ot P- to t kl al id k in al it e t Ämnen or ni tri t Al Ba Cd 2008-06-18 2008-09-03 As Co Procentuell ökning/ minskning Cu Hg 2008-07-09 2008-09-24 Cr M n Ni tu Zn r d bi ite 2008-07-29 2008-10-08 Pb t 4.1.1 Tungmetaller Till tungmetaller räknas As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb och Zn. Alla dessa tungmetaller har liknande kemi och är därför lätta att placera i samma grupp. Tungmetaller fälls ut eller sorberas vid högt pH undantag As och Cr (Drever, 2002). Dessa beter sig lite annorlunda och kan läcka vid lågt pH. Under provtagningen har pH-värdet legat mellan ca 7-8, detta anses ge bra förhållande för utfällning. En tungmetall som reducerats effektivt i filtersystemet är Zn, se Figur 3. En liten minskning av zink-halten sker i alla steg utom det sista, torven. Torv kan dock innehålla Zn som naturligt kan utlakas och höja zink-halten i vattnet. De andra tungmetaller som analyserats i provtagningarna är svåra att dra slutsatser om då halterna varierar kraftigt. Cu är ett ämne som varierat kraftigt och funnits i låga nivåer, se Figur 4. Analyseras ett ämne i låga halter blir felmarginalen så stor att det är svårt att avgöra om det är ett mönster eller om det bara är slumpen. I Figur 2 kan ses att ämnen som Pb och As finns i systemet. Dessa ämnen är farliga i låga halter och det finns stränga krav på vad som får komma ut i naturen från ett lakvatten. Systemet fungerade sig väldigt bra vid dessa tillfällen och ämnet togs upp. Detta betyder att systemet vid behov kan klara av punktutsläpp. Metaller i låga halter är nödvändigt för att djur och växter skall kunna leva. Höga halter av metaller i vattendrag/ sjöar kan dock leda till att det uppstår risk för biologiska störningar. Cu förändring genom systemet Zn förändring genom systemet 60 7 50 6 080709 080729 30 080903 080924 20 081008 10 ug/l ug/l 5 080618 40 080618 080709 4 080729 080903 3 080924 081008 2 1 0 0 I II III IV V VI I Provtagningspunkter II III IV V VI Provtagningspunkter Figur 3 Koncentrationen Zn i lakvattnet efter de olika reningsstegen i det passiva filtersystemet. (För att se schematiskbild över det passiva filtersystemet se Figur 1) Figur 4 Koncentrationen Cu i lakvattnet efter de olika reningsstegen i det passiva filtersystemet 4.1.2 Metaller Förutom tungmetaller har resultat även erhållits på metallerna Fe, Mn och Al. Dessa metaller har liknande kemi och Fe och Mn är bra sorbenter vid utfällning (Drever, 2002). De kan vid exempelvis sedimentation fånga andra ämnen och öka reduktionen. 12 Fe förändring genom systemet 16 14 12 080618 mg/l 10 080709 080729 8 080903 080924 6 081008 4 2 0 1 2 3 4 5 6 Provtagningspunkter Figur 5 Koncentrationen Fe i lakvattnet efter de olika reningsstegen i det passiva filtersystemet Mn förändring genom systemet Al förändrig genom systemet 1800 90 1600 80 70 1200 080618 1000 080729 800 080903 080709 080924 600 081008 ug/l ug/l 1400 60 080618 50 080729 40 080903 080924 30 400 20 200 10 0 080709 081008 0 I II III IV V VI I Provtagningspunkter II III IV V VI Provtagningspunkter Figur 6 Koncentrationen Mn i lakvattnet efter de olika reningsstegen i det passiva filtersystemet Figur 7 Koncentrationen Al i lakvattnet efter de olika reningsstegen i det passiva filtersystemet Fe reducerats effektivt i systemet, se Figur 5. Störst reduktion sker mellan steg I och II samt mellan II och III. Dessa steg innehåller luftning och sedimentation som är fördelaktigt för utfällning av Fe. Även Mn har en bra minskning genom systemet, se Figur 6. Sett till helhet sker en minskning genom hela systemet förutom det näst sista steget, masugnsslagg. I masugnsslaggen och torven sker en ökning av Al, se Figur 7. En liten minskning kan utläsas i de första stegen men i slutet av systemet sker en ökning. Detta beror troligtvis på utlakning från materialen. 4.1.3 Mineraler Till mineraler av de ämnen vi testat hör Ba, Ca, K, Na och Mg. 13 Ba förändring genom systemet Ca förändring genom systemet 220 400 200 350 ug/l 080729 080903 250 mg/l 080709 080618 180 080618 300 080924 080709 080729 160 080903 080924 140 081008 081008 120 200 100 150 I I II III IV V II VI III IV V VI Provtagningspunkter Provtagningspunkter Figur 8 Koncentrationen Ba i lakvattnet efter de olika reningsstegen i det passiva filtersystemet Figur 9 Koncentrationen Ca i lakvattnet efter de olika reningsstegen i det passiva filtersystemet Kalcium (Ca) reduceras bäst mellan Thomsonöverfallet (II) och luftningen och sedimentationen (III). Det sker även lite minskningar på andra ställen i systemet också men största andelen reduceras här, se Figur 9. Kalcium anses inte i dessa halter vara speciellt farlig i naturen men kan konkurrera med metaller vid adsorption och detta kan leda till högre metallhalter går genom systemet (Strömvall, 2008). Ba har en fin och jämn reduktion genom hela systemet, se Figur 8. 4.1.4 Kväve Både N-tot och ammoniumkväve visar en liten minskning genom hela systemet, se Figur 10 och Figur 11. Inget steg kan här utläsas vara mer effektivt än något annat. En större minskning var förväntad mellan steg I och III då luftning sker. Luftning omvandlar kväve i form av ammoniumkväve till nitrit/nitrat. Att kväve minskar genom hela systemet kan vara ett tecken på att det sker luftning överallt samt upptag av i dagsläget närvarande växter. Luftning sker alltså inte bara mellan steg I och III utan naturlig luftning sker även. Nitrit ökar mellan steg II och III samt III och IV, se Figur 12. För att i framtiden minska nitrithalten för att i det stora hela minska kvävet i systemet kan vattenväxter sättas in. Genom detta steg finns hela kvävecykeln representerad i systemet (Tonderski et al., 2002). N-tot förändring genom systemet Ammoniumkväve förändring genom systemet 30 25 25 20 080618 080618 080709 080729 15 080903 080924 10 081008 5 080709 15 mg/l mg/l 20 080729 080903 10 080924 081008 5 0 I II III IV V 0 VI I Provtagningspunkter II III IV V VI Provtagningspunkter Figur 10 Koncentrationen N-tot i lakvattnet efter de olika reningsstegen i det passiva filtersystemet 14 Figur 11 Koncentrationen ammoniumkväve i lakvattnet efter de olika reningsstegen i det passiva filtersystemet Nitrit förändring genom systemet 6 5 080618 mg/l 4 080709 080729 3 080903 080924 2 081008 1 0 I II III IV V VI Provtagningspunkt Figur 12 Koncentrationen Nitrit i lakvattnet efter de olika reningsstegen i det passiva filtersystemet 4.1.5 Övrigt Förutom de ämnen nämnda i ovan rubriker har en del andra parametrar också undersökts exempelvis alifater, aromater, S, CODMn, BOD7, P-tot, klorid, alkalinitet, turbiditet. Alla dessa ämnen förutom alkalinitet och turbiditet har varierat kraftigt och förekommit i så låga halter att det är svårt att tolka något resultat utav dem. Alkalinitet förändring genom systemet Turbiditet förändring genom systemet 1000 160 950 140 120 850 080618 800 080709 080729 750 080903 700 080924 650 081008 080618 100 FNU mg HCO3/l 900 080709 080729 80 080903 080924 60 081008 40 600 20 550 500 0 I II III IV V VI I Provtagningspunkter II III IV V VI Provtagningspunkter Figur 13 Koncentrationen alkalinitet i lakvattnet efter de olika reningsstegen i det passiva filtersystemet Figur 14 Koncentrationen turbiditet i lakvattnet efter de olika reningsstegen i det passiva filtersystemet Alkaliniteten är ett mått på ett vattens buffertkapacitet, och är bra för att bestämma en sjös/vattendrags känslighet mot försurning. I systemet sker en minskning av alkalinitet mellan steg II och III, se Figur 13. När alkaliniteten börjar nå låga värden kan även pH:värdet sjunka, detta kan ej utläsas ur provresultaten då alkalinitetsvärdena är höga och bra (Naturvårdsverket, 2008). Att värden är höga kan bero på att det finns kalkslam i deponin. Förutom minskningen av alkalinitet reduceras även turbiditeten bra genom systemet, se Figur 14. Turbiditeten är ett mått på grumlighet. Störst reduktion sker i de första stegen där sedimentation ingår. Vid alla provtagningar har även pH, konduktivitet och temperatur mätts i fält. Resultat för pH, konduktivitet och temperatur ses i Bilaga 2. I Figur 28, Bilaga 3, redovisas förändringarna av pH-värdet genom systemet. En ökning skedde efter första luftning och andra luftning samt efter sedimentation. Sedan sjönk pH-värdet något. En förväntad pH-höjning efter masugnsslaggen uteblev i istället kunde en liten minskning utläsas. Värdet på pH är viktigt för att ha kontroll på eventuella metallutfällningar. 15 Konduktiviteten minskade genom hela systemet med ett undantag 080924, detta kan ses i Figur 27, Bilaga 2. Att konduktiviteten minskar visar på att antal lösta joner minskar ju längre ner i systemet vattnet kommer. Temperaturen varierade från provtagning till provtagning, se Figur 26, Bilaga 2. Detta beror på att provtagningarna har skett på vår, sommar och höst. Den temperaturhöjning som sker vid vissa punkter beror troligtvis på uppvärmning av solen. Även syrehalten varierande av flera skäl. Olika mätinstrument användes under provtagningsperioden och dessa gav olika värden. Vid den sista provtagningen slutade även mätaren att fungera och här uteblev värden totalt. Valet blev därför att inte redovisa dessa värden. 4.2 Effektivitet av olika reningssteg Ett utav syftena med arbetet var att utvärdera de olika reningsstegen. Vilka filter renar egentligen vilka ämnen och är det något filter som avger något ämnen mer än vad det sorberar. För att underlätta har jag döpt steget mellan I och II till Thomson, II och III till luftning och sedimentation, III till IV makadam, IV och V till masugnsslagg samt V och VI till torv. 4.2.1 Thomson Mellan steg I och II sker minskningar av flera ämnen. Tungmetaller är det svårt att uttala sig om. Halterna är låga och variationen är stor och det är svår att utläsa. Detta gäller även mineraler, kväve och övrigt. För övriga metaller (Al, Mn och Fe) kan ses en tydlig minskning i detta reningssteg och Fe är det ämnen som minskar mest. Procentuellt minskar Fe-halten mellan 80 och 90 % (sett till nivå sker en minskning upp mot 12 mg/l) se Figur 15. Fe förändring genom Thomson 80 12 70 60 10 080618 080618 50 080709 8 080729 080903 6 080924 ug/l mg/l Al förämdring genom Thomson 14 080709 080729 40 080903 080924 30 081008 4 081008 20 2 10 0 0 I II I Provtagningspunkt II Provtagningspunkt Figur 15 Fe förändring mg/l Figur 16 Al förändring µg/l Förutom effektiv reduktionen av Fe sker även en bra minskning av Al. Reduktionen av Al varierar mellan provtagningstillfällena och ligger mellan 0,5-40 µg/l, se Figur 16. Den procentuella minskningen varierar också kraftigt och ligger mellan 3 och 55 %. 4.2.2 Luftning och sedimentation Sedimentationen i systemet är till för att minska partiklarna och därtill bundna föroreningar som kan sedimenteras och minska påverkan på nedanstående filter minskar. I detta steg sker även en luftning, den är främst till för att reducera förekomsten av kväve i vattnet. Genom att lufta vatten genomförs första steget i kvävecykeln där ammoniunkväve omvandlas till nitrit. Nitrit kan i sin tur omvandlas till kvävgas detta kan göras i systemet genom att tillföra vattenväxter som själva tar upp kvävet eller genom att bakterier på växternas rötter omvandlar kvävet (Tonderski, 2002). 16 Nitrit förändring genom luft. och sed. Mn förändring genom luft. och sed. 6 1800 1600 5 1400 080618 080709 080729 3 080903 080924 2 081008 ug/l mg/l 4 1200 080618 1000 080729 800 080903 080709 080924 600 081008 400 1 200 0 0 II III II Provtagningsplats III Provtagningspunkt Figur 17 Nitrit förändring genom systemet Figur 18 Mn förändring genom systemet Precis som förväntat sker en ökning av nitrit i detta steg, se Figur 17. Nitrithalten har ökat varierande från ca 0,4 mg/l till ca 5,2 mg/l från gång till gång. Den procentuella ökningen varierar också kraftigt allt från en 270 % ökning till en ökning på mer än 35 000 %. De andra två ämnena ammoniumkväve och N-tot i gruppen har varierat och både ökningar och minskningar kan utläsas. För tungmetallerna som har analyserats är halterna låga och varierande och detta gör det svårt att dra slutsatser. Detta gäller även mineralerna och de flesta ämnena i övrigt kategorin. Ett ämne som minskat bra i sedimentationssteget är metallen Mn, se Figur 18. Ämnet har minskat från ca 200 och 1200 µg/l vilket har gett en procentuell minskning mellan ca 20-80 %. 4.2.3 Makadam Makadamfiltret ligger mellan provpunkt III och IV. Genom filtret kan inte utläsas att någon speciell grupp avskiljs bättre än någon annan. Sett till kväve så sker en reduktion av ammoniumkväve, se Figur 19, medan N-tot och nitrit varierar. Bland tungmetallerna kan en minskning ses av Zn, se Figur 20. Minskningen varierar mellan ca 6 och 80 procent. För Co och Cr ses också en minskning men värdena är här så låga så en slutsats är svår att dra. Metallerna Fe, Al och Mn kan från värdena också tolkas ha minskat. Tyvärr är även här halterna väldigt låga och svåra att dra konkreta slutsatser. I gruppen mineraler kan en trend utläsas att K har ökat. Denna ökning är väldigt liten om man ser till procent och en klar slutsats går ej att dra. De andra mineralerna har knappt förändrats genom filtret förutom Ba som har minskat mellan ca 1 till 15 %, se Figur 21. Bland de övriga ämnena kan inga tydliga trender utläsas. 17 Ammoniumkväve förändring genom makadam Zn förändring genom makadam 23 40 21 35 30 17 080618 15 080729 13 080903 080618 25 080709 ug/l mg/l 19 080924 11 080709 080729 20 080903 080924 15 081008 081008 10 9 5 7 5 0 III IV III Provtagningpunkt IV Provtagningspunkt Figur 19 Ammoniunkväve förändring genom systemet Figur 20 Zn förändring genom makadam Ba förändring genom makadam 290 270 ug/l 080618 080709 250 080729 080903 230 080924 210 190 III IV Provtagningspunkt Figur 21 Ba förändring genom systemet 4.2.4 Masugnsslagg Masugnsslaggen används främst för att adsorbera metaller. Trots detta har provtagningarna visat att materialet fungerar bra för att reducera kväve. Ammoniumkväve minskar genom filtret med mellan ca 20 och 75 %, se Figur 22. Även N-tot minskar genom filtret. Minskningen varierar mellan 2 och 8 mg/l ca 12 till 56 %, se Figur 23. Detta hittar jag ingen vetenskaplig förklaring till men blir en intressant fråga för framtiden. Ammoniumkväve förändring genom masugnsslagg N-tot förändring genom masugnsslagg 14 19 12 17 10 15 080709 080729 6 080903 080618 mg/l mg/l 080618 8 080709 13 080729 11 080903 080924 080924 4 9 2 7 0 5 IV V IV Provtagningspunkt V Provtagningspunkt Figur 22 Ammoniumkväve förändring genom systemet Figur 23 N-tot förändring genom systemet 18 Provtagningen visar även att små mängder av tungmetaller urlakas från filtret, ex Co, Cu och Zn. Tyvärr är nivåerna mycket låga och ingen slutsats kan dras angående dessa ämnen. En slutsats som kan dras är att Al ökar genom filtret, se Figur 24. Ökningen varierar mellan 4 och 40 µg/l alltså ca 100 till 500 %. Av de andra metallerna är variationen så liten att en logisk följd är svår att dra. Al förändring genom masugnsslagg 50 45 40 35 080618 ug/l 30 080709 25 080729 080903 20 080924 15 10 5 0 IV V Provtagningspunkt Figur 24 Al förändring genom systemet Även för grupperna mineraler och övrigt är det svårt att dra slutsatser. Masugnsslagg består av en mängd olika ämnen. Idag ligger nivåerna på lakvattnet så lågt att vattnet kan påverkas mer av materialet än vad filtret renar. 4.2.5 Torv Torv som material kan innehålla en rad ämnen då det i naturen fungerar som en sorbent för metaller (Kalmykova, 2008). Filtret är främst till för att fånga upp utsläpp av oljor, idag finns detta inte i detekterbara halter i systemet. Sett till grupperna tungmetaller och metaller är det svårt att dra slutledningar. Inga klara resultat kan utläsas och halterna i vattnet är så pass låga att exempelvis Zn och Al utlakas från filtret. Nivåerna i inkommande vatten är lägre än själva halterna i torven och vi får en marginell ökning. Detta är inte konsekvent och en slutsats kan ej dras. Även i gruppen mineraler är en slutsats svår att dra. En minskning av Ca och Ba kan utläsas ur resultaten men skillnaden är så pass liten att felmarginal kan ha påverkats. Ammoniumkväve är det ämnen som genom filtret har minskat, se Figur 25. Ämnet har minskat med mellan 0,5 till 3 mg/l följaktligen ca 11 till 40 %. 19 Ammoniumkväve förändring genom torv 12 10 8 080618 mg/l 080709 080729 6 080903 080924 4 2 0 V VI Provtagningspunkt Figur 25 Ammoniumkväve förändring genom torv 4.3 Utsläppsvärden I dagsläget ligger värdena på det lakvatten som går ut från deponin bra till. Vid en jämförelse av Tabell 1 och värdena vi erhållit från ALS Analytica på lakvattnet från Heås ligger vi endast nära gränserna/ rekommendationerna på tre utav ämnena. De är Cu, N-tot och ammoniumkväve. Tabell 4 Värden på Cu, ammoniumkväve och N-tot ut ur vattenreningssystemet Cu Ammoniumkväve N-tot µg/l mg/l mg/l 2008-06-18 2,8 5,1 13 2008-07-09 2008-07-29 3,41 4,25 5,2 0,87 15 10 2008-09-03 2,47 8,6 13 2008-09-24 5,24 8,2 15 2008-10-08 4,66 8,5 16 Enligt Naturvårdsverket 2008 kan värdena på Cu förväntas ligga under 0,5-3 µg/l, ammoniunkväve under 3-5 mg/l och N-tot under 10-40 mg/l. Men detta är utsläppsvillkor och plats samt omständigheter från denna specifika plats är ej inräknat. Därför är en jämförelse inte helt korrekt. Kväve är i dagsläget en viktig fråga. Naturvårdsverket har bland sina Miljömål med Ingen övergödning. Miljömålen ger en inblick om hur ”vi” vill att vår framtid skall se ut och vad vi bör uppmärksamma och arbeta med för att detta skall bli bra. Kväveutsläpp är hårt reglerat och utsläpp av kväve leder till övergödning. Övergödning kan i sin tur leda till ökad algblomning både i storlek och till antal. Sverige har minskat sina utsläpp som påverkar övergödningen, andra länders utsläpp påverkar dock oss och återhämtningstiden är lång. För att minska kväveutsläppet från Heås kan extra luftning sättas in men det är även viktigt att placera ut ett steg där nitrit/nitrat kan omvandlas till kvävgas, som sista steget i kvävecykeln, eller att plantera ut vattenväxter som kan ta upp kvävet. Cu är svårare att rena på ett lätt sätt. Men skulle de två sista stegen avlägsnas, främst masugnsslagg, kommer vi inte få en ökning av Cu och nivåerna kommer att hamna under de utsläppsvärden som i dags läget finns. Förutom de ämnen nämnda ovan är utsläppsvärdena av nitrit lite oroväckande. Sett till livsmedelverkets föreskrifter om dricksvatten finns idag ett riktvärde på 0,5 mg/l nitrit. Detta ligger vi över, men vattnet är lakvatten och inte dricksvatten och det finns ej samma krav på lakvatten som på dricksvatten. Nitrit kan i djur omvandlas till nitrosaminer, det kan även hos djur och människor försämra syretransporten. Detta är två bra orsaker till at minska nitritutsläppet från deponin. 20 4.4 Felkällor Vid provtagning utomhus är det alltid olika faktorer som spelar in och gör det är svårt att få exakt liknande förhållande vid alla provtagningar. Vid dessa provtagningar har nederbörd, temperatur och vindstyrka varierat, vilket kan ha påverkat provtagningarna. Även att provtagningarna är tagna ute i naturen och inte inne på ett labboratorium kan ha påverka proverna. Något som bör finnas i beaktning är att lakvatten i sig kan variera kraftigt och detta gör att en jämförelse av proverna kan blir fel. Därför redovisas vissa delar i %. Vissa av punkterna i systemet har hämtats med pump och kan därför ha påverkats. De har blivit utsatta för mer luftning och en plastslang vid upptag. Alla provtagningar är tagna på samma sätt för att minska påverkan. Vid experiment utomhus är risken för felkällor alltid större än inne i laboratorium. Det finns en större risk att proverna blir kontaminerade, vädret varierar och detta leder till variation i nederbörd och avdunstning. Det blir även svårare att jämföra provtagningar och göra jämförelser när alla provtagningar i sig är unika. 4.5 Uppskattad rening av filtersystemet Systemet som idag finns på platsen fyller sin funktion. Det är ett bra system som tar bort de utsläpp som kommer och det finns kapacitet att avlägsna oförutsagda punktutsläpp enligt litteraturstudien. För att få en överblick om vilka ämnen som egentligen minskar eller ökar i systemet och i vilken utsträckning har en tabell sammanställts. Tabellen anger ämnen och provtagningspunkter, alltså kan det utläsas hur stor del av ämnet som renats och i vilket steg det renats, se Tabell 5. Tabellen är en grov uppskattning, om ett ämnen fullständigt renats i systemet får den totalt 100 poäng, har ett ämne bara minskat 50 % genom systemet kan det bara få 50 poäng. Sett till tungmetaller så finns inte så många representerade i lakvattnet. En del ämnen finns i låga halter och varierar kraftigt så som As, Co, Cr, Cu. Dessa ämnen är svåra att dra en slutsats om då inget klart mönster kan utläsas. En tungmetall som reduceras genom systemet är Zn. Ämnet minskar ca 10 % i vardera av de tre först stegen. Att Cu varierar kraftig är ett problem då utsläppsvärdet ligger nära, för att minska halten bör de två sista stegen i systemet tas bort eller så måste en Cu rening sättas ut. Metaller finns i systemet och Fe och Mn har en god reduktion, Al däremot ökar i de två sista stegen, masugnsslagg och torv. Fe reduktionen är störst i de två första stegen i systemet, första steget tar ca 80 % och det andra tar ca 10 %. Fe har bäst reduktion av alla de uppmätta ämnena och renas ca 98 % genom systemet. Mn har också god reduktion genom systemet, totalt renas ämnet ca 65 %. 50 % utav dessa försvinner i sedimentations och luftningssteget. Mineraler är ofta inte ett problem sett till utsläppshalter men mineraler så som Ca kan tävla med metaller för sorptionplatser/säten och detta kan i längden leda till att metallreduktionen minskar. I systemet sker en reduktion av metaller. Ca reduceras ca 20 % i Luftning och sedimentationssteget medan Ba har en liten reduktion genom hela systemet. Kväve är ett ämne som är hårt reglerat av utsläppshalter och emissionerna från systemet ligger precis på gränsen. Trots detta sker en jämn reduktion av ammoniumkväve och N-tot genom hela systemet. Nitrit ökar kraftigt i det andra steget, detta beror på luftning och är väntat. För att minska kvävet kan luftningen öka och ett sista steg måste sättas till. Detta i form av vattenväxter som kan ta upp kvävet annars bör en annan lösning tillsättas där nitrit kan omvandlas till den mindre farliga formen kvävgas. 21 Förutom de ämnen nämnda ovan finns det ett par övriga ämnen som reducerats. Turbiditeten har minskat kraftigt i det första steget ca 80 %. Detta är viktigt då utseende spelar en stor roll för människor i omgivningen. Även alkalinitet har minskat, ca 20 % i det andra steget. Förutom dessa ämnen finns det ett flertal som vi erhållit resultat från. Dessa är tyvärr inte konsekventa och det är svårt att tolka ett resultat från dem. Tabell 5 Uppskattad rening genom systemet, skala 1-100. Tabell uppdelad på provtagningssteg och ämne. Ca Fe Ammoniumkväve N-tot Alkalinitet Nitrit Al Ba Mn Zn Turbiditet Thomson Luftning och sedimentation Makadam Masugnsslagg Torv 0 80 10 5 2 0 0 9 0 10 80 20 0 0 0 10 2 2 2 5 5 5 5 20 2 2 2 -3000 -300 -300 -300 0 0 -150 -150 9 9 9 9 50 5 5 5 10 10 0 0 10 10 10 10 10 5 0 0 Systemet fungerar bra men de två sista stegen är i dagslägen inte nödvändiga och det sker ett högre utsläpp från materialen än vad det förväntades sorbera. 5. Slutsats och rekommendationer De ämnen som stabilt minskat genom systemet är Ca, Fe, ammoniunkväve, N-tot, alkalintiet, Ba, Mn, Zn och turbiditet. Ämnena har minskat från ca 10 % upp till nästan 100 %. Fe är det ämne som minskat mest och ligger på ca 99 % som medel. I systemet har det även skett en del ökningar av ämnen. En del ämnen varierar kraftig men de ämnen som stabilt ökat under provtagningarna är nitrit och Al. Nitrit har ökat med allt från ca 8000 till 200 % medan Al har ökat med ca 200 % (+/- 100). Som nämnts innan är sammansättningen på lakvattnet väldigt varierande och vissa ämnen har både ökat och minskat genom systemet beroende på dag. De ämnen som varierat är K, Mg, Na, S, klorid, As, Co, Cr och Cu. Ämnena har varierat genom hela systemet, på specifika steg inom reningen kan annan information utläsas och ett ämne som totalt genom systemet har ökat kan ha minskat vid ett specifikt steg. I Figur 2 kan utläsas att ämnen som Pb och As finns i systemet. Dessa ämnen är farliga i låga koncentrationer och det finns hårda krav på vad som får släppas ut i naturen. Vid dessa punktutsläpp fungerade systemet väldigt bra och ämnena togs upp och totalhalten ut var under detektionsnivåerna. Från detta kan slutsatsen dras att systemet vid behov kan klara av punktutsläpp. I ett system med flera steg är det viktigt att utvärdera och se om något steg egentligen är onödigt. Sett till de steg ovan kan slutsatsen dras att de tre första stegen är effektiva och har en god reduktion av ämnen. De två sista filtren är lite svårare. Masugnsslaggen är bra ur kväve synpunkt, detta är bra då kväve är ett ämne med hårda restriktioner från naturvårdsverket. Tyvärr sker en urlakning av slaggen när vattnet passerar och ökning av vissa ämnen så som Al och Cu uppstår. Detta är inte bra och frågan är om filtret gör mer nytta än skada? Även i frågan om torvfiltret är utvärderingen svår. Torvens främsta mål är att sorbera oljor och i dagsläget finns detta ej i systemet. Torven innehåller högra halter av vissa ämnen som finns i 22 vattnet och kan urlakas. Detta betyder att i dagsläget ökar vissa halter helt i onödan. Är risken för oljeutsläpp så stor att dessa extra utsläpp är acceptabelt. Vad jag skulle ha gjort annorlunda och jag fick ändra på något I dagsläget fungerar systemet bra men det finns potential att göra det ännu bättre. Genom att innan V:et i Thomsonöverfallet installera en liten flytkudde eller något liknande kan det förhindras att bildade flockar åker igenom ner mot sedimentationsdammarna och undvika igensättning av V:et. Vid igensättning kan flödesmätningar bli fel och detta är ej önskvärt. I examensarbetet har vi sett att sedimentationsdammarna fungerar bra, för att få en ökad reduktion i detta steg kan dessa göras lite större och djupare. Det är även viktigt att tömma dammarna kontinuerligt så sedimentationen fungerar optimalt. I detta steg sker även luftning för att omvandla kvävet. För att i helhet minska kvävet i systemet föreslår jag att växter planteras ut nedanför detta steg. Växterna kommer ta upp kväve och en minskning ut ur systemet kommer uppnås. Det två sista stegen, masugnsslagg och torv, har visat sig efter detta examensarbete vara överflödigt och frågan bör tas upp om detta bör avlägsnas. Systemet bör ha en barriär om det kommer ett utsläpp av olja, detta kan uppnås genom att placera ut ett filter med aktivt kol. Detta är ett dyrt material men i så små volymer som behövs för systemet bör detta inte vara något problem. Förslag på framtida arbeten Ett förslag på framtida studie är att köra spikade lösningar på labb med samma material och liknande system. Detta för att se systemets kapacitet både vid låga och höga utsläppshalter. Något som kan vara intressant kan även vara att se på förhållandet flöde och utsläpp. Hänger parametrarna ihop? Om flödet minska kommer även utsläppen minska? När deponin sedan skall täckas kan ytterligare ett examensarbete genomföras. Detta för att se hur täckningen kommer påverkar vattnet och vilka ämnen som kan tänkas höjas under täckning. Det blir även viktigt här att se vilka halter som kan väntas efter täckningen. Vattenflödet kommer då att avta och frågan är om utsläppshalterna kommer att minska eller öka? 23 Referenser 5.1 Böcker och rapporter Avfallsförordningen (2001:1063). Utfärdad: 2001-12-06. Uppdaterad: t.o.m. SFS 2007:381 Blom M., Skogsfjord M. 2008. Masugnsslaggens potential som filtermaterial för metaller i vägdagvatten. Examensarbete, vid institutionen av samhällsteknik, Mälardalens Högskola Västerås, R1-422 Bengtsson F. 2003. Rening av vatten från sorteringsplattan vid Hagby återvinningsanläggning. Examensarbete, Royal Institute of Technology, Stockholm. ISSN 1651-064X Bohm A-K. 2000. Adsorption av metalleri torv vid Kavahedens avfallsannläggning. Examensarbete, Institutuinen för väg- och vattenbyggnad, Luleå tekniska Universitet, ISSN 1402-1617 Brown P. A., Gill S. A. and Allen S. J., Metal removal from wastewater using peat. Water Research 34, 3907-3916 (2000). Crist R. H., Martin J. R. and Chonko J. 1996, Uptake of Metals on Peat Moss: An Ion-xchange Process. Environ. Sci. Technol. 1996, 30, 2456-2461 Das B., Prakash S., Reddy P. S. R. and Misra V. N. 2006. An overview of utilization of slag and sludge from steel industries. Resources, Conservation and Recycling 50 (2007) 40–57 Dimitrova S. V. 2002. Use of granular slag columns for lead removal. Water Research, Vol. 36, 4001-4008 Dimitrova S. V., Mehanjiev D. R. 2000. Interaction of blast-furnace slag with heavy metal ions in water solutions. Water Research, Vol. 34, 1957-1961 Dimitrova S. V. and Mehandgiev D. R. 1998. Lead removal from aqueous solutions by granulated blast-furnace slag. Water research Vol. 32 No. 11 pp. 3289-3292 Drever J. I. 2002. The geochemistry of natural waters, surface and groundwater environments. Third edition. ISBN 0-13-272790-0. Eriksson L. 2005. Lakvattenrening och kontroll vid deponier – granskning och sammanställning. Examensarbete, Institutionen för geovetenskap, Uppsala Universitet. UPTEC W 1401-5765 Färm C. 2002. Metal sorption to natural filter substrates for storm water treatment—column studies. The Science of the Total Environment 298 (2002) 17–24 Förordning (2001:512) om deponering av avfall, Utfärdad: 2001-06-07, Uppdaterad: t.o.m. SFS 2008:724 Hjelm V. 2005. Tungmetaller i lakvatten – Avskiljning med mineraliska filtermaterial. Examensarbete, Institution för markvetenskap, SLV, Uppsala universitet. UPTEC W 05 006; ISSN 1401-5765. Kalmykova Y., Strömvall A-M. and Steenari B-M. 2007. Alternative materials for adsorption of heavy metals and petroleum hydrocarbons from contaminated leachates. Environmental Technology, Vol. 29. pp 111-122 24 Kalmykova 2004, Leachate Treatment of heavy metals by natural and residual product materials. Master`s thesis, Water Environment Transport, Chalmers University of technology. Master`s thesis 2004:3 Kietlin´ska A., Renman G. 2005. An evaluation of reactive filter media for treating landfill leachate. Chemosphere 61 (2005) 933–940 Kontrollprogram lakvatten. Heås avfallsanläggning, Tjörns kommun. Göteborg 2004-10-28 Larsson L., Rogbeck J., Håkansson K. 2007. SIG, Passiva filterbarriärer – Vägledning. Varis 586 Lindquist A. 2005. Mineraliska material som reaktiva filter för avskiljning av tungmetaller från dagvatten. Examensarbete, Institutionen för markvetenskap, SLU och Uppsala universitet, UPTEC W05 004 Merox.se McLellan J. K., Rock C. A. 1987. Pretreating landfill leachate with peat to remove metals. Water, Air and Soil Pollution 37 (1988) 203-215 Naturvårdsverket, 2008-10-28. Sidan uppdaterad 2007-02-21. http://www.naturvardsverket.se/sv/Tillstandet-i-miljon/Bedomningsgrunder-formiljokvalitet/Grundvatten/Alkalinitet-och-forsurningspaverkan/ Naturvårdsverket 2008, Lakvatten från deponier, ISBN: 978-91-620-8306-9 Nehrenheim E. 2007. Metal retention from leachate using industrial waste products. Master`s thesis, Department of public technology, Mälardalens University. ISSN 1651-9256 Olsberg E. 2004. Metalltransport i lakvatten- en studie av Albäcks avfallsupplag, Trelleborg, Examensarbete, Institutionen för Teknisk Vattenresurslära, Lunds Universitet, Oguz E. 2004. Removal of phosphate from aqueous solution with blast furnace slag. Journal of Hazardous Materials B114 (2004) 131–137 Ringqvist L., Holmgren A. and Oborn I. 2001. Poorly humified peat as an adsorbent for metals in waste water. Water Research. 36 (2002) 2394-2404 RVF 2006. Hur sätter man kriterier för utsläpp av lakvatten från deponier? Kartläggning av nuläget och förslag till arbetsmetodik, Rapport nr 4 2006 RVF 2005. Lokal rening av lakvatten med luftning, våtmark och översilning - Utvärdering av behandling vid Löt avfallsanläggning i Vallentuna, Rapport 6 2005 Sandberg J. 2007. Behandling av lakvatten från avfallsdeponier. Examensarbet, Institutionen för markvetenskap SLU, Uppsala, UPTEC MV 0038 Sheng-gao LU†, Shi-qiang BAI, Hong-dan SHAN. 2007. Mechanisms of phosphate removal from aqueous solution by blast furnace slag and steel furnace slag. Journal of Zhejiang University Science A 9(1):125-132 Säkerhetsdatablad, SDB från Pirde Chess, för Fluoresceine DTD. Omarbetad: 2004-02-09 25 Tondersik K, Weisner S, Landin J och Oscarsson H 2002. Våtmarksboken, skapande och nyttjande av värdefulla våtmarker. ISBN 91-631-2737-7. Wertsberg K. 2004. Behandling av lakvatten med kemiska oxidationsmedel för att delvis bryta ned oönskade organiska föreningar – En studie utförd vid Hovgårdens avfallsanläggning i Uppsala. Examensarbete, Institutionen för biometri och teknik, Uppsala, ISSN 1652-3245 Öman C., Malmberg M., Wolf-Watz C. 2000. Handbok för lakvattenbedömning, Metodik för karakterisering av lakvatten från avfallsupplag. Rapport B 1354, RFV rapport 2000:7, IVL Svenska Miljöinstitutionen AB, Stockholm 5.2 Muntliga referenser Kalmykova Yuliya 2008. Chalmers Oscarsson Andreas 2008. Neova Stark Therese 2008. Merox Strömvall Ann- Margret 2008. Chalmers 26 Bilagor Bilaga 1. Provtagning hos ALS Analytica. V-3a Grundämnen i förorenat vatten (utan uppslutning) Al (2) As (1) Ba (0.2) Ca (200) Cd (0.05) Co (0.05) Cr (0.5) Cu (1) Fe (4) Hg (0.02) K (500) Mg (90) Mn (0.2) Na (120) Ni (0.5) Pb (0.2) S (160) Zn (2) OV-20b Olja IR för vatten Totalt extraherbara alifater opolära alifater Totalt extraherbara aromater Fys-kem parametrar CODMn BOD7, N-NH4 N-NO2 N-tot P-tot Klorid Alkalinitet Turbiditet 27 Bilaga 2. Resultat från ALS Analytica Provtagningspunkterna är omdöpta i dokumentet jämfört med resultaten från ALS. Heås L3 = I Heås L1 = II Heås L4 = III Heås L5 = IV Heås L6 = V Heås L2 = VI Provresultat 2008-06-18 ELEMENT tot ext alifater opolära alifater tot ext aromater Ca Fe K Mg Na S CODMn BOD7 ammoniumkväve N-tot P-tot klorid syre alkalinitet nitrit Al As Ba Cd Co Cr Cu Hg Mn Ni Pb Zn turbiditet SAMPLE mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg HCO3/l mg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l FNU Heås L3 0,3 0,1 0,1 170 12 42,9 31,1 87,6 1,28 13,8 3 21 22 <0.10 100 4,1 920 0,028 5,63 1,25 374 <0.05 1,34 1,2 1 <0.02 1280 5,62 <0.2 15 30 Heås L1 0,3 <0.1 <0.1 169 1,51 43,8 31 88,2 1,29 13,2 <2 19 21 <0.10 100 3,4 920 0,048 5,45 <1 316 <0.05 1,3 0,99 <1 <0.02 1280 5,54 <0.2 14,2 8 Heås L3 0,3 0,1 0,1 12 4 22 Heås L1 0,2 <0,1 <0,1 10,9 4 18 Heås L4 0,2 <0.1 <0.1 127 0,235 43,1 30,2 86,9 1,24 14,1 <2 14 17 <0.10 88 7,4 720 0,99 3,54 <1 257 <0.05 0,876 0,84 1,94 <0.02 235 6,06 <0.2 5,34 4,5 Heås L5 0,2 <0.1 <0.1 127 0,129 45,2 31,7 90,9 1,29 14,4 <2 12 17 1,1 94 5,5 710 2,5 2,72 <1 247 <0.05 0,814 0,783 2,01 <0.02 122 6,81 <0.2 4,04 2 Heås L6 0,2 <0.1 <0.1 131 0,0577 44,5 30,6 89,1 1,51 14,5 <2 7,5 14 <0.10 95 5 700 3,2 11,9 <1 221 <0.05 0,921 0,771 3,81 <0.02 164 6,88 <0.2 4,98 0,85 Heås L2 0,2 0,1 0,1 125 0,0786 44,3 30,4 88,2 1,62 15 2 5,1 13 <0.10 80 5 670 2,5 20,4 1 203 <0.05 0,889 0,547 3,8 <0.02 156 6,56 <0.2 8,23 1,6 Provresultat 2008-07-09 ELEMENT tot ext alifater opolära alifater tot ext aromater CODMn BOD7 ammoniumkväve SAMPLE mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 28 Heås L4 0,2 <0,1 <0,1 12 4 12 Heås L5 0,2 <0,1 <0,1 11,8 2 11 Heås L6 0,1 <0,1 <0,1 12,3 3 8,3 Heås L2 0,2 0,1 0,1 13,4 5 5,2 N-tot P-tot klorid Ca Fe K Mg Na S Al As Ba Cd Co Cr Cu Hg Mn Ni Pb Zn turbiditet alkalinitet nitritkväve mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l FNU mg HCO3/l mg/l 23 0,10 82 162 13,7 40,9 29,5 83,3 3,6 5,12 1 310 0,05 1,07 0,537 1 0,02 981 2,51 0,2 9,57 140 860 0,017 22 <0,10 76 155 1,29 40,4 28,4 80,8 3,63 4,83 <1 238 <0,05 0,742 0,591 1,46 <0,02 684 3,57 <0,2 9,63 7,4 790 0,081 17 <0,10 66 136 4,29 39,5 27,9 79,2 3,14 74,7 <1 266 <0,05 1,47 1,44 3,06 <0,02 483 4,67 0,564 36,7 25 680 0,6 Heås L1 154 1,31 42,8 31,1 86,1 1,33 4,18 1 346 0,05 1,23 0,888 1 0,02 1700 4,59 0,2 5,74 0,3 0,1 0,1 12,6 8 810 56,3 0,015 19 Heås L4 114 0,974 44,8 31,3 89,7 1,53 28 <1 287 <0,05 1,49 1,26 2,87 <0,02 299 8,35 0,293 11,5 0,2 <0.1 <0.1 10,3 2 590 8,2 5,3 22 16 <0,10 84 126 0,14 39,8 27,7 78,7 3,13 3,53 <1 225 <0,05 0,924 <0,5 2,03 <0,02 170 3,69 <0,2 5,71 1,2 660 0,92 14 <0,10 88 134 0,0711 40,7 28,5 81 3,13 12,2 <1 190 <0,05 1,08 0,509 3,19 <0,02 265 3,42 <0,2 6,69 0,8 680 0,79 15 0,10 68 129 0,0779 41,3 28,8 82,5 3,14 22,5 1 167 0,05 0,825 0,559 3,41 0,02 197 4,33 0,2 7,7 0,91 650 0,84 Provresultat 2008-07-29 ELEMENT Ca Fe K Mg Na S Al As Ba Cd Co Cr Cu Hg Mn Ni Pb Zn tot ext alifater opolära alifater tot ext aromater CODMn BOD7 alkalinitet turbiditet nitrit ammoniumkväve SAMPLE mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg HCO3/l FNU mg/l mg/l Heås L3 159 7,29 43,1 30,6 85,3 1,21 7,83 1 357 0,05 0,952 0,957 1 0,02 1120 5,53 0,2 17,9 1,1 0,1 0.1 14,6 13 780 8,3 0,063 0,23 29 Heås L5 109 0,234 45 31,8 89,2 1,49 7,75 <1 282 <0,05 1,47 0,745 2,44 <0,02 141 7,72 <0,2 7,9 0,2 <0.1 <0.1 12,2 10 570 1,7 5,3 5,7 Heås L6 130 0,398 46,1 31,1 88,5 1,73 47,9 <1 219 <0,05 1,7 0,762 5,59 <0,02 626 7,41 0,259 8,56 0,2 <0.1 <0.1 12,5 9 610 3,1 4,3 1,4 Heås L2 125 0,0727 46,3 31,7 90,3 1,77 34,4 1 198 0,05 1,22 0,734 4,25 0,02 302 7,25 0,2 6,39 0,2 0,1 0,1 12,8 3 600 1 2,6 0,87 N-tot P-tot klorid mg/l mg/l mg/l 7,6 0.10 96 22 0,10 96 24 <0.10 97 14 0,49 99 6,1 <0.10 67 10 0,10 63 Provresultat 2008-09-03 ELEMENT Ca Fe K Mg Na S Al As Ba Cd Co Cr Cu Hg Mn Ni Pb Zn tot ext alifater opolära alifater tot ext aromater CODMn BOD7 alkalinitet turbiditet nitrit ammoniumkväve N-tot P-tot klorid SAMPLE mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg HCO3/l FNU mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l L3 Heås 121 12,1 31,2 22,9 68,1 10,4 79,3 1,07 267 <0.05 0,773 0,6 3,27 <0.02 750 3,54 0,459 12,3 0,2 <0,1 <0,1 12,9 5 720 100 0,18 15 16 <0,10 83 L1 Heås 143 1,63 37,3 27 78,9 8,31 34,4 <1 269 <0.05 0,768 0,522 1,83 <0.02 819 3,66 <0.2 6,75 0,2 <0,1 <0,1 2,5 10 710 13 0,24 15 16 <0,10 83 L4 Heås 124 0,282 34,2 25,6 74,5 8,17 6,56 <1 226 <0.05 0,783 <0.5 1,68 <0.02 433 4,28 <0.2 3,16 0,3 <0,1 <0,1 12,9 3 650 4,1 1,7 16 15 <0,10 77 L5 Heås 115 0,2 31 23,3 69,3 9,09 6,37 <1 202 <0.05 0,635 0,681 1,43 <0.02 346 4,04 <0.2 2,98 0,2 <0,1 <0,1 12,1 5 660 3,1 2,4 13 15 <0,10 70 L6 Heås 116 0,1 30,9 23,5 69,5 10,1 13,1 <1 188 <0.05 0,926 0,655 2,57 <0.02 436 4,2 <0.2 4,44 0,2 <0,1 <0,1 12,3 2 680 1,9 2,8 10 13 <0,10 89 L2 Heås 129 0,0592 36,6 26,8 79,3 9,2 15,9 <1 190 <0.05 1,03 0,67 2,47 <0.02 308 4,38 <0.2 3,62 0,2 <0,1 <0,1 11,5 2 670 2 2,3 8,6 13 <0,10 86 Provresultat 2008-07-24 ELEMENT Filtrerad Ca Fe K Mg Na S Al As Ba Cd Co SAMPLE mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l Heås L3 NEJ 193 9,15 52,3 36,8 103 15,4 7,38 <1 357 <0,05 1,36 Heås L1 NEJ 202 1,41 52,9 37,1 106 18,2 3,69 <1 309 <0,05 1,35 30 Heås L4 NEJ 190 0,488 51,5 36,1 104 18,7 2,75 <1 289 <0,05 1,16 Heås L5 NEJ 189 0,265 52,5 37,4 107 18,9 <2 <1 277 <0,05 1,16 Heås L6 NEJ 191 0,123 52,7 37,8 109 21 5,93 <1 247 <0,05 1,1 Heås L2 NEJ 178 0,132 49,8 35,6 103 19,9 28 <1 252 <0,05 1,09 Cr Cu Hg Mn Ni Pb Zn tot ext alifater opolära alifater tot ext aromater CODMn BOD7 klorid N-tot P-tot ammoniumkväve alkalinitet turbiditet nitritkväve µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg HCO3/l FNU mg/l 1,1 6,6 <0,02 1210 6,96 <0,2 47,9 0,3 <0.1 <0.1 20 10 133 21 0,017 18 970 86 0,19 0,967 5,39 <0,02 961 6,1 <0,2 20,2 0,3 0,1 <0.1 18 5 152 20 0,013 16 940 11 0,15 Heås L3 183 7,71 50,4 33,7 101 9,69 7,76 1,15 332 0,0506 1,54 1,28 3,6 <0,02 1160 6,78 <0,2 42,4 0,3 <0,1 <0,1 16,6 <2 19 21 0,18 67 990 4 0,09 Heås L1 173 1,01 50,2 32,5 99,4 10,5 7,81 1,11 288 0,0659 1,19 <0,5 3,52 <0,02 1040 6,83 <0,2 21,1 0,2 <0,1 <0,1 15,4 2 17 20 <0,10 97 950 7,7 0,12 1,08 5,19 <0,02 797 7,12 <0,2 14,1 0,2 <0.1 <0.1 17,7 6 129 18 <0.010 12 860 2,5 0,56 1,03 5,15 <0,02 621 6,56 <0,2 10,8 0,3 <0.1 <0.1 17,6 9 177 18 0,01 12 860 1,9 0,68 0,949 5,25 <0,02 663 6,83 <0,2 7,62 0,2 <0.1 <0.1 17,7 11 168 15 <0.010 9,3 850 1,2 0,69 0,949 5,24 <0,02 624 6,45 <0,2 10,7 0,2 <0.1 <0.1 17,3 7 142 15 <0.010 8,2 870 1,7 0,53 Provresultat 2008-10-08 ELEMENT Ca Fe K Mg Na S Al As Ba Cd Co Cr Cu Hg Mn Ni Pb Zn tot ext alifater opolära alifater tot ext aromater CODMn BOD7 ammoniumkväve N-tot P-tot klorid alkalinitet turbiditet nitritkväve SAMPLE mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg HCO3/l FNU mg/l 31 Heås L4 178 0,659 50,8 33,3 101 11,1 8,02 <1 279 <0,05 1,1 1,03 3,96 <0,02 863 6,16 <0,2 21,2 0,3 <0,1 <0,1 16,2 <2 13 18 0,24 69 880 79 0,43 Heås L5 172 0,459 50,9 32,8 99,8 10,9 7,62 <1 282 <0,05 0,94 1,02 3,74 <0,02 842 6,8 <0,2 18,6 0,3 <0,1 <0,1 16,8 <2 13 18 <0,10 76 870 3,6 0,42 Heås L6 170 0,228 49,4 32,4 99,3 11,6 11,3 <1 247 <0,05 1,12 0,66 4,26 <0,02 753 6,77 <0,2 15,1 0,3 <0,1 <0,1 16,2 5 11 15 <0,10 78 860 2,7 0,51 Heås L2 164 0,221 48,3 32,4 98,1 11,8 35,4 <1 226 <0,05 1,01 1,03 4,66 <0,02 624 5,87 <0,2 13,4 0,2 <0,1 <0,1 16,2 <2 8,5 16 <0,10 79 830 2 0,41 Bilaga 3. Egna mätvärden. Temperatur 2008-06-18 2008-07-09 2008-07-29 2008-09-03 2008-09-24 2008-10-08 I 17 15,7 18,6 15,3 13,8 14,1 Konduktivitet (µS/cm) 2008-06-18 2008-07-09 2008-07-29 2008-09-03 2008-09-24 2008-10-08 pH 2008-06-18 2008-07-09 2008-07-29 2008-09-03 2008-09-24 2008-10-08 II 17,3 18,1 22,8 16,1 12,7 12,3 III 16,2 19,3 25,5 16,3 11,8 11,2 I 1853 1539 1550 1365 1740 1660 I 7,97 6,95 6,83 7,37 7,5 7,48 II 1867 1410 1539 1314 1730 1620 II 8,22 7,3 7,25 7,56 7,62 7,62 IV 15,4 18,6 23,7 16,1 11,8 11 III 1615 1315 1310 1334 1680 1570 III 8,7 7,67 7,68 8,16 8,8 8,14 IV 8,59 7,63 7,53 8,04 8 8,1 Variation temperatur 26 24 Temperatur (C) 22 08-06-18 20 08-07-09 08-07-29 18 08-09-03 08-09-24 16 08-10-08 14 12 10 I II III IV V VI Provtagningsplatser Figur 26 Variation temperatur 32 V 16 18,1 22,6 16,1 11,9 11 IV 1596 1302 1280 1317 1650 1570 V 8,49 7,47 7,24 7,87 7,8 7,94 VI 17,2 17 21,4 15,7 11,9 10,6 V 1593 1320 1351 1319 1630 1530 VI 8,43 7,45 7,44 7,93 7,9 7,89 Variation konduktivitet 2000 1900 1800 08-06-18 uS/cm 1700 08-07-09 08-07-29 1600 08-09-03 08-09-24 1500 08-10-08 1400 1300 1200 I II III IV V VI Provtagningsplatser Figur 27 Variation konduktivitet pH variation 8,5 08-06-18 08-07-09 pH 08-07-29 08-09-03 7,5 08-09-24 08-10-08 6,5 I II III IV V VI Provtagningsplatser Figur 28 pH variation 33