NIVA har gjort jartester med to ulike metallbaserte koagulanter på sigevann fra Ødegård avfallsdeponi på Årnes for å undersøke effekten av kjemisk felling som behandlingsmetode i f.h.t gjeldende og mulig kommende krav fra myndighetene på tungmetaller. Resultatene antyder at det vil være vanskelig å klare både nåværende og nye rensekrav.CCM Ødegård avfallsdeponi, Bjørn E. Berg AS v/Bjørn E Ber

Vogelsang, C.

Norwegian

NIVA Open Access Archive

RAPPORT L.NR.5760-2009Jartestforsøk med kjemisk felling av sigevann fra Ødegård avfallsdeponi  RAPPORT LNR  5760-2009   Jartestforsøk med kjemisk felling av sigevann fra Ødegård avfallsdeponi        Norsk institutt for vannforskning RAPPORT Hovedkontor Sørlandsavdelingen Østlandsavdelingen Vestlandsavdelingen NIVA Midt-Norge Gaustadalléen 21 Televeien 3 Sandvikaveien 41 Postboks 2026 Postboks 1266 0349 Oslo 4879 Grimstad 2312 Ottestad 5817 Bergen 7462 Trondheim Telefon (47) 22 18 51 00 Telefon (47) 22 18 51 00 Telefon (47) 22 18 51 00 Telefon (47) 2218 51 00 Telefon (47) 22 18 51 00 Telefax (47) 22 18 52 00 Telefax (47) 37 04 45 13 Telefax (47) 62 57 66 53 Telefax (47) 55 23 24 95 Telefax (47) 73 54 63 87 Internett: www.niva.no      Tittel Jartestforsøk med kjemisk felling av sigevann fra Ødegård avfallsdeponi.  Løpenr. (for bestilling) 5760-2009 Prosjektnr. Undernr. 25285 14  Dato 5. februar 2009 Sider Pris 11  Forfatter(e) Christian Vogelsang        Fagområde Vannrensing Geografisk område  Distribusjon Åpen Trykket CopyCat AS   Oppdragsgiver(e) CCM Ødegård avfallsdeponi, Bjørn E. Berg AS  Oppdragsreferanse Bjørn E. Berg   Sammendrag  NIVA har gjort jartester med to ulike metallbaserte koagulanter på sigevann fra Ødegård avfallsdeponi på Årnes for å undersøke effekten av kjemisk felling som behandlingsmetode i f.h.t gjeldende og mulig kommende krav fra myndighetene på tungmetaller. Resultatene antyder at det vil være vanskelig å klare både nåværende og nye rensekrav.   Fire norske emneord Fire engelske emneord 1. Sigevann 1. Landfill leachate 2. Kjemisk felling 2. Chemical precipitation 3. Metallkoagulanter 3. Metal coagulants 4. Tungmetaller  4. Heavy metals        Christian Vogelsang Helge Liltved Jarle Nygard Prosjektleder  Forskningsleder  Fag- og markedsdirektør   ISBN 978-82-577-5495-2      Jartestforsøk med kjemisk felling av sigevann fra Ødegård avfallsdeponi   NIVA 5760-2009   Forord NIVA ble tilsendt renset sigevann fra Ødegård avfallsdeponi på Årnes tappet 18.11.08. I løpet av desember måned ble det gjennomført jartester i laboratorieskala med to ulike metallbaserte koagulanter for å undersøke effekten av kjemisk felling som behandlingsmetode i f.h.t gjeldende og mulig kommende krav fra myndighetene på tungmetaller. Forsøket ble gjennomført av undertegnede, mens analysene på tungmetaller ble utført ved NIVAs akkrediterte analyselaboratorium.  Oslo, 5. februar 2009   Christian Vogelsang NIVA 5760-2009 4   Innhold Sammendrag 4 1. Materialer og metoder 5 1.1 Sigevann 5 1.2 Fellingskjemikalier 5 1.3 Jartestforsøk 5 1.4 Bestemmelse av SVI og slamproduksjon 5 1.5 Kjemiske analyser 6 2. Resultater og diskusjon 7 2.1 Bestemmelse av optimal fellingsdose for fjerning av SS 7 2.2 Justering av pH og pH-avhengighet 8 2.3 Fjerning av KOF, TOC, tot N og tungmetaller med PAX-18 og JKL 8 2.4 Bestemmelse av SVI og slamproduksjon 10 3. Konklusjon 11      Sammendrag NIVA har gjort jartester med to ulike metallbaserte koagulanter på sigevann fra Ødegård avfallsdeponi på Årnes for å undersøke effekten av kjemisk felling som behandlingsmetode i f.h.t gjeldende og mulig kommende krav fra myndighetene på tungmetaller. Resultatene antyder at det vil være vanskelig å klare både nåværende og nye rensekrav. Det er sannsynlig at man kan forvente noe bedre fjerning av partikulært materiale med etterpolering for bedret partikkelfjerning (f.eks. gjennom sandfilter) og dermed økt tungmetallfjerning (dog ikke Ni eller Mn), men det er allikevel tvilsom om rensekravet nås. Samtidig må det poengteres at resultater oppnådd i laboratorieskala kun er indikative i f.h.t hva man kan forvente å oppnå i fullskala, men forbedringen man evt. kan forvente vil i hovedsak være forbundet med partikkelsepareringen.     NIVA 5760-2009 5 1. Materialer og metoder 1.1 Sigevann NIVA ble tilsendt renset sigevann fra Ødegård avfallsdeponi tappet 18.11.08. Vannet ble lagret ved 4oC inntil testene ble gjennomført i midten av desember. Sigevannets karakteristikk før behandling er vist i Tabell 1.  Tabell 1. Kjemisk karakteristikk av sigevann før behandling. pH SSeq KOF TOC Tot N As Cd Cr Cu Ni Pb Zn Mn Fe Al - mg/l mg O2/l mg C/l mg N/l ?g/l ?g/l ?g/l ?g/l ?g/l ?g/l ?g/l ?g/l ?g/l ?g/l 7.88 65 2432 666 392 95 <2 878 84.7 140 <20 71.4 277 1520 470   1.2 Fellingskjemikalier PAX-18 og JKL fra Kemira Chemicals AS ble benyttet i forsøkene. PAX-18 er en aluminiumsbasert koagulant (prepolymerisert aluminiumklorid) med et Al-innhold på 9.0 ± 0,2 % (se http://www.kemirawatersolutions.com/documents/PAX18new1.pdf for mer info). JKL er jernkloridsulfat med et innhold av treverdig Fe (Fe3+) på 10,6 ± 0,3 % (se http://www.kemira.com/regions/norway/SiteCollectionDocuments/Solutions_Products/Kommuner/AvløpIndustri/Fe/Produktdatablad%20JKL.pdf for mer info). De ble tilsatt i ufortynnet form i forsøkene. PAX-18 og JKL ble i hovedsak testet ved forventet optimal pH på pH 6,0-6,5 for PAX-18 og pH 4,0 for JKL. HCl (1-5 M) ble benyttet for å justere pH.  1.3 Jartestforsøk Det ble gjennomført jartestforsøk med angitt målsetning: 1. Bestemmelse av optimal dose for fjerning av SS med to ulike koagulanter. 2. For optimal dose og -25 %, +25 % og +50 % dosering i f.h.t denne for de to koagulantene, bestemme fjerning av KOF, TOC, tot N og tungmetaller (ikke Hg).  3. For optimal dose og -25 %, +25 % og +50 % dosering i f.h.t denne for de to koagulantene, bestemme slamvolum-indeks (hvor kompakt slammet blir etter sedimentering) og slamproduksjon for de to koagulantene.  Bestemmelsen av optimal koagulantdose ble gjort i begerglass med 200 ml og 600 ml sigevann. Med 200 ml ble innblandingen og omrøringen gjort ved magnetomrøring, mens med 600 ml ble standard- flokkulatoren fra Kemira benyttet. Denne ble også benyttet for alle øvrige tester, der det ble benyttet 1000 ml sigevann i hver test. Som standard ble det benyttet 30 sek innblanding ved 400 rpm og 10 min flokkulering ved 30 rpm før sedimentering. Som standard ble det benyttet 300 min sedimentering, men for slamproduksjons- og SVI-bestemmelsene ble det også benyttet 3 timers sedimentering.   1.4 Bestemmelse av SVI og slamproduksjon Slamvolumindeksen (SVI) er et enkelt mål på hvor godt slammet sedimenterer og setter seg. Den er definert som volumet av ett gram tørrstoff slam og ble bestemt som volumet av slammet etter at det hadde sedimentert i 30 min i en gradert konisk kolonne i f.h.t den initiale slamkonsentrasjonen. Utgangsvolumet var 1 liter. Pga den høye slamkonsentrasjonen målte vi også etter 3 timer.  Slamproduksjonen ble bestemt ved å måle volumet av sedimentert slam og måle tørrvektsinnholdet i dette ved inndamping (100 oC over natten til konstant vekt).   NIVA 5760-2009 6 1.5 Kjemiske analyser Det ble tatt ut prøver for å kunne vurdere renseresultatet. For bestemmelse av optimal koagulantdose ble det benyttet en forenklet prosedyre for bestemmelse av suspendert stoff (SSeq), som også til en viss grad reflekterer fargen til vannet. Dette er en spektrofotometrisk bestemmelse basert på absorpsjon av partikulært materiale med en innebygd standard i spektrofotometeret (HACH-Lange Odyssey 2800). KOF og total-nitrogen (tot N) ble bestemt med HACH-Lange testkyvetter (LCK514 for KOF og TNT827 for tot N). For TOC og tungmetallanalysene ble NIVAs akkrediterte analyselaboratorium benyttet.     NIVA 5760-2009 7 2. Resultater og diskusjon 2.1 Bestemmelse av optimal fellingsdose for fjerning av SS Figur 1 viser forsøk med felling av sigevannet fra Ødegård avfallsdeponi med PAX-18. Doseringen er oppgitt i mg Al/l og resultatet er målt som resterende SSeq etter behandlingen. Det ble tatt ut prøver etter en flokkuleringstid på 10 min og prøvene ble filtrert gjennom et GF/C-filter (1,2 ?m poreåpning). pH ble forsøkt holdt nær 6.5, som er en normal fellings-pH for PAX-18. SSeq er ekvivalent til, men ikke identisk med, vanlig SS (suspendert stoff). Pga den sterke fargen til sigevannet vil SSeq-verdien ha dårlig samsvar med vanlig SS, men den gir likevel et greit mål på renseeffekten. Det ble observert en vesentlig farge-fjerning med behandlingen, men ved en ren kvalitativ vurdering (basert på visuell observasjon) i ettertid var nok denne ikke tilsvarende fjerningen av SSeq. Dessverre ble det ikke tatt noen bilder for visuell dokumentasjon av prøvene som ble tatt ut.  Resultatet viser at det var nødvendig med en dosering >60 mg Al/l for å gi noen signifikant fjerning av SSeq. Ved en dosering på nær 100 mg Al/l begynte effekten av behandlingen på SSeq å flate ut. 100 mg Al/l tilsvarer en PAX-18-dose på ca 1,1 kg/m3.   Figur 2 viser tilsvarende resultater for både PAX-18 og JKL etter 3 timers sedimentering i stedet for filtrering. JKL trenger lavere fellings-pH for å virke optimalt. I disse forsøkene ble pH holdt på ca 4.0, noe som krever en vesentlig dosering av syre i tillegg. Nødvendig dosering var omtrent den samme for de to fellingskjemikaliene.  010203040506070800 40 80 120 160PAX-18 (mg Al/l)SSeq (mg/l)5.05.56.06.57.07.58.0pH (-)SSeqpH Figur 1. Fjerning av SSeq med PAX-18 etter filtrering.  0204060801000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)SSeq (mg/l)JKLPAX-18 Figur 2. Fjerning av SSeq med PAX-18 og JKL etter sedimentering i 3 timer. NIVA 5760-2009 8   2.2 Justering av pH og pH-avhengighet I forsøket ble det benyttet HCl for å justere pH til forventet optimal fellings-pH for de to koagulantene. For PAX-18 ligger denne på pH 6,0-6,5 og for å nå denne pH etter dosering av optimal PAX-18-dose på 100 mg/l måtte det doseres 1,5 ml konsentrert HCl per liter sigevann (pH 6,3). For JKL med optimal fellings-pH på ca 4,0 måtte det doseres 3,8 ml konsentrert HCl per liter sigevann (pH 3,8).  For PAX-18 ble dette ikke gjort tester uten pH-justering. For JKL, hvor optimal pH er langt lavere, ble det gjort forsøk uten pH-justering og ved justering ned til ca pH 5,4. Verken uten pH-justering eller ved pH 5,4 ble det observert noen vesentlig SSeq-fjerning ved dosering opp til 150-160 mg/l. Først ved pH <4,5 ble det observert god fnokkproduksjon ved de nevnte JKL-doseringene.   2.3 Fjerning av KOF, TOC, tot N og tungmetaller med PAX-18 og JKL Renseresultatet m.h.p. KOF, TOC og total-nitrogen er vist i Figur 3. Både for KOF og TOC viste JKL seg å være vesentlig mer effektiv enn PAX-18, mens det ikke ble observert noen nevneverdig fjerning av nitrogen med noen av de to fellingskjemikaliene. Fjerningen av KOF og TOC økte med økende dosering opp til ca 125 mg Me/l for begge koagulantene. Resultatet var forøvrig motsatt av hva man kunne forventet på bakgrunn av fjerningen av ”suspendert stoff”, der PAX-18 var mer effektiv enn JKL.   KOF050010001500200025000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)KOF (mg O2/l)JKLPAX-18TOC01002003004005006007000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)TOC (mg C/l)JKLPAX-18 Tot-N01002003004000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Tot-N (mg N/l)JKLPAX-18 Figur 3. Fjerning av KOF, TOC og tot-N med PAX-18 og JKL etter sedimentering i 3 timer.   NIVA 5760-2009 9 Fjerningen av tungmetallene er oppsummert i Figur 4. De rød-stiplete linjene angir dagens rensekrav, mens de blå-stiplete linjene angir mulig kommende rensekrav. Fellingen med JKL og PAX-18 hadde positiv effekt på fjerningen av As, Cr og Cu og til en viss grad Ni. PAX-18 hadde også renseeffekt på Zn, mens JKL hadde direkte negativ effekt på konsentrasjonen av Mn og Zn. Det siste kan skyldes urenheter i fellingskjemikaliet. Ikke for noen av metallene kom man ned under de mulig kommende rensekravene, og der man kom under dagens rensekrav var man det allerede før fellingen ble startet.    As01020304050607080901000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)As (?g/l)JKLPAX-18 Cr010020030040050060070080090010000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Cr (?g/l)JKLPAX-18 Cu0204060801001200 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Cu (?g/l) JKLPAX-18 Mn010020030040050060070080090010000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Mn (?g/l)JKLPAX-18Series3 Ni0204060801001201401600 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Ni (?g/l)JKLPAX-18 Zn0204060801001200 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Zn (?g/l)JKLPAX-18Series4  Figur 4. Fjerning av tungmetaller med PAX-18 og JKL etter sedimentering i 3 timer. Rød stiplet linje angir dagens rensekrav, mens blå-stiplet linje angir mulig kommende rensekrav.   NIVA 5760-2009 10 Når man doserer med JKL eller PAX-18 er det også en viss fare for at rentvannet får økt innhold av disse metallene, h.h.v. Fe og Al. Det ble derfor analysert for disse metallene i prøvene. Se Figur 5. For begge fellingskjemikaliene så man samme forløp; kraftig økning i restmetall ved lav dose, men denne ble vesentlig redusert ved økende dosering. Men ikke med noen av koagulantene kom man ned i ned til den konsentrasjonen man hadde i vannet i utgangspunktet. Spesielt for Al er dette bekymringsfullt, da Al kan være svært toksisk for bl.a. fisk. Ved en PAX-18-dose på 125 mg/l var Al-konsentrasjonen på 1100 ?g/l, for øvrig samme som for samme dose med JKL (sannsynligvis forårsaket av urenheter i fellingskjemikaliet).  Fe0500010000150002000025000300000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Fe (?g/l)JKLPAX-18 Al0200040006000800010000120001400016000180000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Al (?g/l)JKLPAX-18 Figur 5. Konsentrasjoner av rest-koagulant (Fe = JKL, Al = PAX-18) etter sedimentering i 3 timer.   2.4 Bestemmelse av SVI og slamproduksjon  Ved felling med metallkoagulanter vil man kunne få en betydelig slamproduksjon. Denne er vist for doseringene fra 75 mg Me/l til 150 mg Me/l og viser at den var relativt lik for de to fellingskjemikaliene opp til ca 100 mg Me/l, men at den etter dette ikke så ut til å øke ytterligere ved felling med JKL, noe den gjorde med PAX-18. Resultatet er noe underlig og burde verifiseres ved testing i noe større skala.  0.01.02.03.04.05.06.07.075 100 125 150Koagulantdose (mg Me/l)Slamproduksjon (kg/m3 sigevann)PAX-18JKL Figur 4. Slamproduksjon (kg tørrvekt/m3 sigevann) ved felling av sigevann fra Ødegård avfallsanlegg med PAX-18 og JKL. Me = Al (PAX-18) eller Fe (JKL).  NIVA 5760-2009 11 Slamvolumindeksen (SVI) er et enkelt mål på hvor godt slammet sedimenterer og setter seg. Det er definert som volumet av ett gram tørrstoff slam og bestemmes som volumet av slammet etter at det har sedimentert i 30 min. Utgangsvolumet er 1 liter. Her har vi også målt etter 3 timer pga den høye slamkonsentrasjonen. Normalt sier man at et slam med en SVI < 100 har gode sedimenteringsegenskaper. Ved så høye slamkonsentrasjoner som det er snakk om her blir det vanskelig å legge for mye i en sammenligning av resultatene for de to fellingskjemikaliene.   Resultatene antyder noe bedre sedimenteringsegenskaper for JKL-slammet. Se Tabell 2.  Tabell 2. Slamvolumindeks (SVI) for PAX-18 og JKL bestemt etter 30 min og 3 timers sedimentering og ulike koagulantdoser. PAX-18 Dose 30 min 3 timer mg Al/l Volum SVI Volum SVI 75 575 259 255 115 100 850 230 470 127 125 970 193 700 140 150 985 171 800 139  JKL Dose 30 min 3 timer mg Fe/l Volum SVI Volum SVI 75 300 167 175 97 100 650 210 325 105 125 600 178 350 104 150 550 163 300 89    3. Konklusjon Resultatene antyder at det vil være vanskelig å klare både nåværende og nye rensekrav m.h.p. tungmetaller. Det er sannsynlig at man kan forvente noe bedre fjerning av partikulært materiale med etterpolering for bedret partikkelfjerning (f. eks gjennom sandfilter) og dermed økt tungmetallfjerning (dog ikke Ni eller Mn), men det er allikevel tvilsom om rensekravet nås. Man kan også kanskje forvente noe bedre fjerning av partikler (og tungmetaller) ved å benytte kombinert felling med metallkoagulant og en polymer, men avstanden til rensekravet ser litt i overkant stor ut basert på tallene vi har nå til å gå videre. As, Ni og Zn er tungmetaller det i utgangspunktet er vanskelig å fjerne med kjemisk felling.   Samtidig må det poengteres at resultater oppnådd i laboratorieskala kun er indikative i f.h.t hva man kan forvente å oppnå i fullskala, men forbedringen man evt. kan forvente vil i hovedsak være forbundet med partikkelsepareringen.  Et alternativ til kjemisk felling er å benytte en adsorbent/ionebytter (gjerne i tillegg), men det er ikke gitt at man vil kunne nå rensekravene på denne måten heller for disse tungmetallene (As, Ni og Zn). Det kan likevel være verdt et forsøk. NIVA kan være behjelpelig også med denne type uttesting.  Gaustadalléen 21 • 0349 OsloTelefon: 02348 • Faks: 22 18 52 00www.niva.no • post@niva.noNIVA: Norges ledende kompetansesenter på vannmiljø NIVA gir offentlig vannforvaltning, næringsliv og allmennheten grunnlag for god vannforvaltning gjennom oppdragsbasert forsknings-, utrednings- og utviklingsarbeid. NIVA kjennetegnes ved stor faglig bredde og godt kontakt-nett til fagmiljøer i inn- og utland. Faglig tyngde, tverrfaglig arbeidsform og en helhetlig tilnærmingsmåte er vårt grunnlag for å være en god rådgiver for forvaltning og samfunnsliv.

Jartestforsøk med kjemisk felling av sigevann fra Ødegård avfallsdeponi

NIVA har gjort jartester med to ulike metallbaserte koagulanter på sigevann fra Ødegård avfallsdeponi på Årnes for å undersøke effekten av kjemisk felling som behandlingsmetode i f.h.t gjeldende og mulig kommende krav fra myndighetene på tungmetaller. Resultatene antyder at det vil være vanskelig å klare både nåværende og nye rensekrav

NORA - Norwegian Open Research Archives

RAPPORT L.NR.5760-2009Jartestforsøk med kjemisk felling av sigevann fra Ødegård avfallsdeponi  RAPPORT LNR  5760-2009   Jartestforsøk med kjemisk felling av sigevann fra Ødegård avfallsdeponi        Norsk institutt for vannforskning RAPPORT Hovedkontor Sørlandsavdelingen Østlandsavdelingen Vestlandsavdelingen NIVA Midt-Norge Gaustadalléen 21 Televeien 3 Sandvikaveien 41 Postboks 2026 Postboks 1266 0349 Oslo 4879 Grimstad 2312 Ottestad 5817 Bergen 7462 Trondheim Telefon (47) 22 18 51 00 Telefon (47) 22 18 51 00 Telefon (47) 22 18 51 00 Telefon (47) 2218 51 00 Telefon (47) 22 18 51 00 Telefax (47) 22 18 52 00 Telefax (47) 37 04 45 13 Telefax (47) 62 57 66 53 Telefax (47) 55 23 24 95 Telefax (47) 73 54 63 87 Internett: www.niva.no      Tittel Jartestforsøk med kjemisk felling av sigevann fra Ødegård avfallsdeponi.  Løpenr. (for bestilling) 5760-2009 Prosjektnr. Undernr. 25285 14  Dato 5. februar 2009 Sider Pris 11  Forfatter(e) Christian Vogelsang        Fagområde Vannrensing Geografisk område  Distribusjon Åpen Trykket CopyCat AS   Oppdragsgiver(e) CCM Ødegård avfallsdeponi, Bjørn E. Berg AS  Oppdragsreferanse Bjørn E. Berg   Sammendrag  NIVA har gjort jartester med to ulike metallbaserte koagulanter på sigevann fra Ødegård avfallsdeponi på Årnes for å undersøke effekten av kjemisk felling som behandlingsmetode i f.h.t gjeldende og mulig kommende krav fra myndighetene på tungmetaller. Resultatene antyder at det vil være vanskelig å klare både nåværende og nye rensekrav.   Fire norske emneord Fire engelske emneord 1. Sigevann 1. Landfill leachate 2. Kjemisk felling 2. Chemical precipitation 3. Metallkoagulanter 3. Metal coagulants 4. Tungmetaller  4. Heavy metals        Christian Vogelsang Helge Liltved Jarle Nygard Prosjektleder  Forskningsleder  Fag- og markedsdirektør   ISBN 978-82-577-5495-2      Jartestforsøk med kjemisk felling av sigevann fra Ødegård avfallsdeponi   NIVA 5760-2009   Forord NIVA ble tilsendt renset sigevann fra Ødegård avfallsdeponi på Årnes tappet 18.11.08. I løpet av desember måned ble det gjennomført jartester i laboratorieskala med to ulike metallbaserte koagulanter for å undersøke effekten av kjemisk felling som behandlingsmetode i f.h.t gjeldende og mulig kommende krav fra myndighetene på tungmetaller. Forsøket ble gjennomført av undertegnede, mens analysene på tungmetaller ble utført ved NIVAs akkrediterte analyselaboratorium.  Oslo, 5. februar 2009   Christian Vogelsang NIVA 5760-2009 4   Innhold Sammendrag 4 1. Materialer og metoder 5 1.1 Sigevann 5 1.2 Fellingskjemikalier 5 1.3 Jartestforsøk 5 1.4 Bestemmelse av SVI og slamproduksjon 5 1.5 Kjemiske analyser 6 2. Resultater og diskusjon 7 2.1 Bestemmelse av optimal fellingsdose for fjerning av SS 7 2.2 Justering av pH og pH-avhengighet 8 2.3 Fjerning av KOF, TOC, tot N og tungmetaller med PAX-18 og JKL 8 2.4 Bestemmelse av SVI og slamproduksjon 10 3. Konklusjon 11      Sammendrag NIVA har gjort jartester med to ulike metallbaserte koagulanter på sigevann fra Ødegård avfallsdeponi på Årnes for å undersøke effekten av kjemisk felling som behandlingsmetode i f.h.t gjeldende og mulig kommende krav fra myndighetene på tungmetaller. Resultatene antyder at det vil være vanskelig å klare både nåværende og nye rensekrav. Det er sannsynlig at man kan forvente noe bedre fjerning av partikulært materiale med etterpolering for bedret partikkelfjerning (f.eks. gjennom sandfilter) og dermed økt tungmetallfjerning (dog ikke Ni eller Mn), men det er allikevel tvilsom om rensekravet nås. Samtidig må det poengteres at resultater oppnådd i laboratorieskala kun er indikative i f.h.t hva man kan forvente å oppnå i fullskala, men forbedringen man evt. kan forvente vil i hovedsak være forbundet med partikkelsepareringen.     NIVA 5760-2009 5 1. Materialer og metoder 1.1 Sigevann NIVA ble tilsendt renset sigevann fra Ødegård avfallsdeponi tappet 18.11.08. Vannet ble lagret ved 4oC inntil testene ble gjennomført i midten av desember. Sigevannets karakteristikk før behandling er vist i Tabell 1.  Tabell 1. Kjemisk karakteristikk av sigevann før behandling. pH SSeq KOF TOC Tot N As Cd Cr Cu Ni Pb Zn Mn Fe Al - mg/l mg O2/l mg C/l mg N/l g/l g/l g/l g/l g/l g/l g/l g/l g/l g/l 7.88 65 2432 666 392 95 <2 878 84.7 140 <20 71.4 277 1520 470   1.2 Fellingskjemikalier PAX-18 og JKL fra Kemira Chemicals AS ble benyttet i forsøkene. PAX-18 er en aluminiumsbasert koagulant (prepolymerisert aluminiumklorid) med et Al-innhold på 9.0 ± 0,2 % (se http://www.kemirawatersolutions.com/documents/PAX18new1.pdf for mer info). JKL er jernkloridsulfat med et innhold av treverdig Fe (Fe3+) på 10,6 ± 0,3 % (se http://www.kemira.com/regions/norway/SiteCollectionDocuments/Solutions_Products/Kommuner/AvløpIndustri/Fe/Produktdatablad%20JKL.pdf for mer info). De ble tilsatt i ufortynnet form i forsøkene. PAX-18 og JKL ble i hovedsak testet ved forventet optimal pH på pH 6,0-6,5 for PAX-18 og pH 4,0 for JKL. HCl (1-5 M) ble benyttet for å justere pH.  1.3 Jartestforsøk Det ble gjennomført jartestforsøk med angitt målsetning: 1. Bestemmelse av optimal dose for fjerning av SS med to ulike koagulanter. 2. For optimal dose og -25 %, +25 % og +50 % dosering i f.h.t denne for de to koagulantene, bestemme fjerning av KOF, TOC, tot N og tungmetaller (ikke Hg).  3. For optimal dose og -25 %, +25 % og +50 % dosering i f.h.t denne for de to koagulantene, bestemme slamvolum-indeks (hvor kompakt slammet blir etter sedimentering) og slamproduksjon for de to koagulantene.  Bestemmelsen av optimal koagulantdose ble gjort i begerglass med 200 ml og 600 ml sigevann. Med 200 ml ble innblandingen og omrøringen gjort ved magnetomrøring, mens med 600 ml ble standard- flokkulatoren fra Kemira benyttet. Denne ble også benyttet for alle øvrige tester, der det ble benyttet 1000 ml sigevann i hver test. Som standard ble det benyttet 30 sek innblanding ved 400 rpm og 10 min flokkulering ved 30 rpm før sedimentering. Som standard ble det benyttet 300 min sedimentering, men for slamproduksjons- og SVI-bestemmelsene ble det også benyttet 3 timers sedimentering.   1.4 Bestemmelse av SVI og slamproduksjon Slamvolumindeksen (SVI) er et enkelt mål på hvor godt slammet sedimenterer og setter seg. Den er definert som volumet av ett gram tørrstoff slam og ble bestemt som volumet av slammet etter at det hadde sedimentert i 30 min i en gradert konisk kolonne i f.h.t den initiale slamkonsentrasjonen. Utgangsvolumet var 1 liter. Pga den høye slamkonsentrasjonen målte vi også etter 3 timer.  Slamproduksjonen ble bestemt ved å måle volumet av sedimentert slam og måle tørrvektsinnholdet i dette ved inndamping (100 oC over natten til konstant vekt).   NIVA 5760-2009 6 1.5 Kjemiske analyser Det ble tatt ut prøver for å kunne vurdere renseresultatet. For bestemmelse av optimal koagulantdose ble det benyttet en forenklet prosedyre for bestemmelse av suspendert stoff (SSeq), som også til en viss grad reflekterer fargen til vannet. Dette er en spektrofotometrisk bestemmelse basert på absorpsjon av partikulært materiale med en innebygd standard i spektrofotometeret (HACH-Lange Odyssey 2800). KOF og total-nitrogen (tot N) ble bestemt med HACH-Lange testkyvetter (LCK514 for KOF og TNT827 for tot N). For TOC og tungmetallanalysene ble NIVAs akkrediterte analyselaboratorium benyttet.     NIVA 5760-2009 7 2. Resultater og diskusjon 2.1 Bestemmelse av optimal fellingsdose for fjerning av SS Figur 1 viser forsøk med felling av sigevannet fra Ødegård avfallsdeponi med PAX-18. Doseringen er oppgitt i mg Al/l og resultatet er målt som resterende SSeq etter behandlingen. Det ble tatt ut prøver etter en flokkuleringstid på 10 min og prøvene ble filtrert gjennom et GF/C-filter (1,2 m poreåpning). pH ble forsøkt holdt nær 6.5, som er en normal fellings-pH for PAX-18. SSeq er ekvivalent til, men ikke identisk med, vanlig SS (suspendert stoff). Pga den sterke fargen til sigevannet vil SSeq-verdien ha dårlig samsvar med vanlig SS, men den gir likevel et greit mål på renseeffekten. Det ble observert en vesentlig farge-fjerning med behandlingen, men ved en ren kvalitativ vurdering (basert på visuell observasjon) i ettertid var nok denne ikke tilsvarende fjerningen av SSeq. Dessverre ble det ikke tatt noen bilder for visuell dokumentasjon av prøvene som ble tatt ut.  Resultatet viser at det var nødvendig med en dosering >60 mg Al/l for å gi noen signifikant fjerning av SSeq. Ved en dosering på nær 100 mg Al/l begynte effekten av behandlingen på SSeq å flate ut. 100 mg Al/l tilsvarer en PAX-18-dose på ca 1,1 kg/m3.   Figur 2 viser tilsvarende resultater for både PAX-18 og JKL etter 3 timers sedimentering i stedet for filtrering. JKL trenger lavere fellings-pH for å virke optimalt. I disse forsøkene ble pH holdt på ca 4.0, noe som krever en vesentlig dosering av syre i tillegg. Nødvendig dosering var omtrent den samme for de to fellingskjemikaliene.  010203040506070800 40 80 120 160PAX-18 (mg Al/l)SSeq (mg/l)5.05.56.06.57.07.58.0pH (-)SSeqpH Figur 1. Fjerning av SSeq med PAX-18 etter filtrering.  0204060801000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)SSeq (mg/l)JKLPAX-18 Figur 2. Fjerning av SSeq med PAX-18 og JKL etter sedimentering i 3 timer. NIVA 5760-2009 8   2.2 Justering av pH og pH-avhengighet I forsøket ble det benyttet HCl for å justere pH til forventet optimal fellings-pH for de to koagulantene. For PAX-18 ligger denne på pH 6,0-6,5 og for å nå denne pH etter dosering av optimal PAX-18-dose på 100 mg/l måtte det doseres 1,5 ml konsentrert HCl per liter sigevann (pH 6,3). For JKL med optimal fellings-pH på ca 4,0 måtte det doseres 3,8 ml konsentrert HCl per liter sigevann (pH 3,8).  For PAX-18 ble dette ikke gjort tester uten pH-justering. For JKL, hvor optimal pH er langt lavere, ble det gjort forsøk uten pH-justering og ved justering ned til ca pH 5,4. Verken uten pH-justering eller ved pH 5,4 ble det observert noen vesentlig SSeq-fjerning ved dosering opp til 150-160 mg/l. Først ved pH <4,5 ble det observert god fnokkproduksjon ved de nevnte JKL-doseringene.   2.3 Fjerning av KOF, TOC, tot N og tungmetaller med PAX-18 og JKL Renseresultatet m.h.p. KOF, TOC og total-nitrogen er vist i Figur 3. Både for KOF og TOC viste JKL seg å være vesentlig mer effektiv enn PAX-18, mens det ikke ble observert noen nevneverdig fjerning av nitrogen med noen av de to fellingskjemikaliene. Fjerningen av KOF og TOC økte med økende dosering opp til ca 125 mg Me/l for begge koagulantene. Resultatet var forøvrig motsatt av hva man kunne forventet på bakgrunn av fjerningen av ”suspendert stoff”, der PAX-18 var mer effektiv enn JKL.   KOF050010001500200025000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)KOF (mg O2/l)JKLPAX-18TOC01002003004005006007000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)TOC (mg C/l)JKLPAX-18 Tot-N01002003004000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Tot-N (mg N/l)JKLPAX-18 Figur 3. Fjerning av KOF, TOC og tot-N med PAX-18 og JKL etter sedimentering i 3 timer.   NIVA 5760-2009 9 Fjerningen av tungmetallene er oppsummert i Figur 4. De rød-stiplete linjene angir dagens rensekrav, mens de blå-stiplete linjene angir mulig kommende rensekrav. Fellingen med JKL og PAX-18 hadde positiv effekt på fjerningen av As, Cr og Cu og til en viss grad Ni. PAX-18 hadde også renseeffekt på Zn, mens JKL hadde direkte negativ effekt på konsentrasjonen av Mn og Zn. Det siste kan skyldes urenheter i fellingskjemikaliet. Ikke for noen av metallene kom man ned under de mulig kommende rensekravene, og der man kom under dagens rensekrav var man det allerede før fellingen ble startet.    As01020304050607080901000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)As (g/l)JKLPAX-18 Cr010020030040050060070080090010000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Cr (g/l)JKLPAX-18 Cu0204060801001200 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Cu (g/l) JKLPAX-18 Mn010020030040050060070080090010000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Mn (g/l)JKLPAX-18Series3 Ni0204060801001201401600 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Ni (g/l)JKLPAX-18 Zn0204060801001200 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Zn (g/l)JKLPAX-18Series4  Figur 4. Fjerning av tungmetaller med PAX-18 og JKL etter sedimentering i 3 timer. Rød stiplet linje angir dagens rensekrav, mens blå-stiplet linje angir mulig kommende rensekrav.   NIVA 5760-2009 10 Når man doserer med JKL eller PAX-18 er det også en viss fare for at rentvannet får økt innhold av disse metallene, h.h.v. Fe og Al. Det ble derfor analysert for disse metallene i prøvene. Se Figur 5. For begge fellingskjemikaliene så man samme forløp; kraftig økning i restmetall ved lav dose, men denne ble vesentlig redusert ved økende dosering. Men ikke med noen av koagulantene kom man ned i ned til den konsentrasjonen man hadde i vannet i utgangspunktet. Spesielt for Al er dette bekymringsfullt, da Al kan være svært toksisk for bl.a. fisk. Ved en PAX-18-dose på 125 mg/l var Al-konsentrasjonen på 1100 g/l, for øvrig samme som for samme dose med JKL (sannsynligvis forårsaket av urenheter i fellingskjemikaliet).  Fe0500010000150002000025000300000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Fe (g/l)JKLPAX-18 Al0200040006000800010000120001400016000180000 40 80 120 160Koagulant (mg Me/l)Al (g/l)JKLPAX-18 Figur 5. Konsentrasjoner av rest-koagulant (Fe = JKL, Al = PAX-18) etter sedimentering i 3 timer.   2.4 Bestemmelse av SVI og slamproduksjon  Ved felling med metallkoagulanter vil man kunne få en betydelig slamproduksjon. Denne er vist for doseringene fra 75 mg Me/l til 150 mg Me/l og viser at den var relativt lik for de to fellingskjemikaliene opp til ca 100 mg Me/l, men at den etter dette ikke så ut til å øke ytterligere ved felling med JKL, noe den gjorde med PAX-18. Resultatet er noe underlig og burde verifiseres ved testing i noe større skala.  0.01.02.03.04.05.06.07.075 100 125 150Koagulantdose (mg Me/l)Slamproduksjon (kg/m3 sigevann)PAX-18JKL Figur 4. Slamproduksjon (kg tørrvekt/m3 sigevann) ved felling av sigevann fra Ødegård avfallsanlegg med PAX-18 og JKL. Me = Al (PAX-18) eller Fe (JKL).  NIVA 5760-2009 11 Slamvolumindeksen (SVI) er et enkelt mål på hvor godt slammet sedimenterer og setter seg. Det er definert som volumet av ett gram tørrstoff slam og bestemmes som volumet av slammet etter at det har sedimentert i 30 min. Utgangsvolumet er 1 liter. Her har vi også målt etter 3 timer pga den høye slamkonsentrasjonen. Normalt sier man at et slam med en SVI < 100 har gode sedimenteringsegenskaper. Ved så høye slamkonsentrasjoner som det er snakk om her blir det vanskelig å legge for mye i en sammenligning av resultatene for de to fellingskjemikaliene.   Resultatene antyder noe bedre sedimenteringsegenskaper for JKL-slammet. Se Tabell 2.  Tabell 2. Slamvolumindeks (SVI) for PAX-18 og JKL bestemt etter 30 min og 3 timers sedimentering og ulike koagulantdoser. PAX-18 Dose 30 min 3 timer mg Al/l Volum SVI Volum SVI 75 575 259 255 115 100 850 230 470 127 125 970 193 700 140 150 985 171 800 139  JKL Dose 30 min 3 timer mg Fe/l Volum SVI Volum SVI 75 300 167 175 97 100 650 210 325 105 125 600 178 350 104 150 550 163 300 89    3. Konklusjon Resultatene antyder at det vil være vanskelig å klare både nåværende og nye rensekrav m.h.p. tungmetaller. Det er sannsynlig at man kan forvente noe bedre fjerning av partikulært materiale med etterpolering for bedret partikkelfjerning (f. eks gjennom sandfilter) og dermed økt tungmetallfjerning (dog ikke Ni eller Mn), men det er allikevel tvilsom om rensekravet nås. Man kan også kanskje forvente noe bedre fjerning av partikler (og tungmetaller) ved å benytte kombinert felling med metallkoagulant og en polymer, men avstanden til rensekravet ser litt i overkant stor ut basert på tallene vi har nå til å gå videre. As, Ni og Zn er tungmetaller det i utgangspunktet er vanskelig å fjerne med kjemisk felling.   Samtidig må det poengteres at resultater oppnådd i laboratorieskala kun er indikative i f.h.t hva man kan forvente å oppnå i fullskala, men forbedringen man evt. kan forvente vil i hovedsak være forbundet med partikkelsepareringen.  Et alternativ til kjemisk felling er å benytte en adsorbent/ionebytter (gjerne i tillegg), men det er ikke gitt at man vil kunne nå rensekravene på denne måten heller for disse tungmetallene (As, Ni og Zn). Det kan likevel være verdt et forsøk. NIVA kan være behjelpelig også med denne type uttesting.  Gaustadalléen 21 • 0349 OsloTelefon: 02348 • Faks: 22 18 52 00www.niva.no • post@niva.noNIVA: Norges ledende kompetansesenter på vannmiljø NIVA gir offentlig vannforvaltning, næringsliv og allmennheten grunnlag for god vannforvaltning gjennom oppdragsbasert forsknings-, utrednings- og utviklingsarbeid. NIVA kjennetegnes ved stor faglig bredde og godt kontakt-nett til fagmiljøer i inn- og utland. Faglig tyngde, tverrfaglig arbeidsform og en helhetlig tilnærmingsmåte er vårt grunnlag for å være en god rådgiver for forvaltning og samfunnsliv.

HSN Open Archive

https://niva.brage.unit.no/niva-xmlui/bitstream/11250/214438/1/5760-2009_150dpi.pdf

Jartestforsøk med kjemisk felling av sigevann fra Ødegård avfallsdeponi

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

NIVA Open Access Archive

NORA - Norwegian Open Research Archives

HSN Open Archive