NO312405B1 - Fremgangsmåte til rensing av forurenset masse - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til å fjerne forurensninger, så som olje, PCB, PAH, tungmetaller, lipider mm, fra en heterogen masse, valgt fra sand, grus, jord, oljegrus, asfalt, borekaks, kloakkslam og lignende.

Forurensning av ulike masser for eksempel i forbindelse med industrianlegg, fyllingsplasser eller strender som er forurenset av for eksempel et oljesøl, er et velkjent og økende problem, og det benyttes store ressurser på å finne løsninger for å rense slike masser. Løsningene må være praktisk og økonomisk gjennomførbare. Flere rapporter beskriver store miljømessige problemer forbundet med slike forurensede masser. I denne forbindelse nevnes ofte forskjellige hydrokarbonforbindelser, så som oljelignende forbindelser, hydrokarboner som enten har påkoplet klor-eller bromgrupper (PCB), eller ulike typer aromatiske forbindelser (PAH). De nevnte forbindelser er alle løselige i upolare løsemidler. Dvs. at de løses lite i vann, og ved en assosiering vil det være energetisk gunstig å ekskludere vann. På grunn av den vannavstøtende egenskapen vil disse midlene lett adheres til faste overflater, så som stein, grus og jord. Videre vil vann som renner gjennom disse massene ikke skylle bort eller fortynne disse hydrofobe løsemidlene.

Det er kartlagt et stort antall steder der slike forurensede masser utgjør et betydelig miljømessig problem.

I tillegg til at massene består av hydrofobe forurensninger vil de også ofte bestå av forskjellige tungmetaller, som på grunn av deres toksisitet også represen-terer et miljøproblem.

Det er i dag vanlig å "rense" slike fyllmasser ved at forurensningen brennes av steinmassene. Dette er imidlertid meget kostbart idet kostnadene ved slik avbrenning er relatert til vekten av massene og til brennverdien, dvs., hvor mye energi som kan utnyttes ved en slik avbrenning. Masser fra industritomter eller fyllinger består i hovedsak av stein/grus, dvs. vekten er høy og brennverdien lav.

Det er derfor et behov for alternative løsninger. En slik løsning beskrives i PCT/NO96/00185 som vedrører et sorpsjonsmiddel omfattende plantefamilien Sphagnum for sorpsjon av hydrofobe forbindelser der sphagnumplanten er stort sett hel og delvis tørket. Publikasjonen beskriver også anvendelse av plantematerialet for å fjerne hydrofobe forbindelser fra løsninger og emulsjoner, samt at det kan benyttes direkte på materialer som er forurenset med hydrofobe forbindelser ved at det gnies mot materialet. Det nevnes for eksempel at plantematerialet kan gnies direkte mot et oljesøl for eksempel i en verkstedshall.

Videre beskriver Wo92/18891 en metode for å rense kabelfyllstoff fra resten av kabelen, og en artikkel av D<*>Henzel og Coupal (CIM Bulletin, vol 65, 1972) benytter blant annet sphagnumplanter for å rense oljeforurensninger fra en strand.

Det er imidlertid andre problemer som må løses for å rense forurensninger fra en heterogen masse, så som stein og jord. I slike masser er oljen en integrert del av massen, dvs. den omslutter og kleber sammen de ulike kom-ponentene i massen slik at det blir en forholdsvis seig, klebrig masse. Videre er massen dannet av partikler av forholdsvis liten størrelse slik at en ikke kan anvende mosen for eksempel til å "tørke" av partiklene slik man for eksempel kan tørke av et verkstedsgulv.

Foreliggende oppfinnelse tar derfor sikte på å frem-bringe en løsning for å rense slike masser. Når det tilsettes et effektivt ab- eller adsorbtivt materiale til en masse, og massen og sorpsjonsmaterialet eltes eller tromles sammen en viss tid, vil forurensningene, enten det er hydrofobe forbindelser eller for eksempel tungmetaller, overføres fra massen til sorbsjonsmidlet, forutsatt at sorpsjonsmidlet har sterkere ad- og/eller absorptive egenskaper enn massen, og at forbindelsene løsgjøres fra massen ved den friksjon som skapes under'elte/tromle-prosessen, eller ved hjelp av vann/løsemidler. Selv for et effektivt sorpsjonsmiddel.vil.ikke dette være tilfellet dersom forurensningene er størknet og meget sterkt festet til massens partikler. Også dette problem tas det sikte på å løse med foreliggende oppfinnelse.

Ett ytterligere problem relatert til rensing av slike masser er at massen, så som sand, grus og jord, med hensyn på størrelse av partiklene utgjør en heterogen blanding, og omfatter ofte også en betydelig andel mindre partikler, helt ned i en størrelse på kun noen få mikron i diameter. Et problem som ikke løses med ovennevnte teknologi er derfor separering av sorpsjonsmidlet fra disse til dels meget små partiklene. Foreliggende oppfinnelse tar derfor sikte på å løse også dette problem.

Den foreliggende oppfinnelse beskriver derfor en fremgangsmåte til å fjerne forurensninger, så som olje, PCB, PAH, tungmetaller, lipider mm, fra en heterogen masse, valgt fra sand, grus, jord, oljegrus, asfalt, borekaks, kloakkslam og lignende.

Med termen "masse" benevnes enhver type masse, så som fyllmasse, oljegrus, asfalt, borekaks, kloakkslam, grus, sand, jord mm.

Termen "sorpsjonsmiddel" benevner et middel som har adsorptive og/eller absorptive egenskaper, dvs. egenskaper til å oppta en forbindelse henholdsvis adhert til overflaten, og/eller integrert i selve midlets struktur.

Termen "faste forurensninger" benevner forurensninger som er forholdsvis sterkt adhert til massen. Typisk må slik faste forurensninger løsgjøres fra massen ved å anvende.et upolart og/eller et polart løsemiddel.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den omfatter trinnene: - at det til massen tilsettes et sorpsjonsmiddel omfattende sphagnumplanter, og at massen og sorpsjonsmidlet i en trommel blandes/eltes tilstrekkelig til at en vesentlig del av forurensningen trekkes ut av massen og opptas av sorpsjonsmidlet, og at - sorpsjonsmidlet deretter separeres fra massen på grunnlag av egenvekt/partikkelstørrelse ved hjelp av en, påført gasstrøm, så som en luftstrøm, slik at sorpsjonsmidlet føres med strømmen og kan oppsamles i en separat fraksjon.

Ytterligere modifiseringer av oppfinnelsen fremgår av et trinn der det til massen tilsettes et upolart løsemiddel, som løser opp "faste" forurensninger i massen og gjør disse løselige i væskefraksjonen, og at væskefraksjon deretter separeres fra massen, for eksempel ved filtrering, dekantering, sentrifugering mm.

Videre omfatter en foretrukket utførelse av opp finnelsen et trinn der det til massen tilsettes et polart løsemiddel, så som vann, tilsatt en eller flere detergenter, som løser opp "faste" forurensninger slik at disse gjøres løselige i væskefraksjonen, og at væskefraksjon deretter separeres fra massen, for eksempel ved filtrering, dekantering, sentrifugering mm. og

En ytterligere foretrukket utførelse består i at massen tørkes for eksempel ved at en luftstrøm påføres, og/eller at massen oppvarmes.

Mer spesifiserte løsninger og utførelseseksempler er

angitt i kravene 2-12.

Et foretrukket utførelseseksempel er derfor å blande sammen et sorpsjonsmiddel og en forurenset masse slik at forurensningene overføres til sorpsjonsmidlet. Fortrinnsvis utføres dette i en roterende trommel. For at blandingen/eltingen skal være effektiv er det en fordel, men ikke en nødvendighet, at trommelen er utstyrt med et antall skovler, slik at massen og midlet omhyggelig blandes. Når tilstrekkelig mengde av forurensingen er overført, til sorpsjonsmidlet må disse to fraksjoner separeres fra hverandre. Ifølge oppfinnelsen utføres dette ved å blåse en luftstrøm gjennom blandingen. En måte dette kan utføres på er at trommelen med skovler roterer under blåse-operasjonen. Skovlene vil da løfte massen slik at separa-sjonen effektiviseres. Alternativt kan for eksempel luft-strømmen blåses direkte gjennom selve blandingen. Styrken på luftstrømmen tilpasses de to fraksjonene som skal separeres.

I tillegg til sphagnumplanter kan det anvendes forskjellige typer sorpsjonsmidler, så som kjemiske eller biologiske. En foretrukket løsning er å anvende bark, torv eller mose idet dette er materialer som har en lav egenvekt, og er både brennbart og biologisk nedbrytbart. Jo større forskjellen er mellom egenvekten til partiklene i massen og egenvekten til sorpsjonsmiddelpartiklene, jo mer effektiv er separeringsprosessen, dvs jo mindre styrke på luftstrømmen kreves for å blåse av sorpsjonsmidlet, og jo mindre andel av de minste partiklene i massen vil overføres til sorpsjonsmiddelfraksjonen. I tillegg til egenvekt er partikkelstørrelse en viktig- parameter i separeringsprosessen, og det har vist seg at dersom sorpsjonsmiddelpartiklene er av liten størrelse så er separeringen mer effektiv. Dersom sorpsjonsmidlet for eksempel er mose så vil det være gunstig å kutte denne opp til små partikler.

I tillegg til den direkte blandingen av masse med sorpsjonsmiddel vil det i en del tilfeller være gunstig å tilsette et løsemiddel til massen for å løse opp og fjerne en del av forurensningene før sorpsjonsmidlet tilsettes. Det kan anvendes både upolare og/eller polare løsemidler, og rekkefølgen bestemmes ut fra den forurensningstype som skal renses fra massen. Når løsemidlet har fått virke en stund på massen, gjerne under tromling/elting, hvor lenge avhenger av type forurensning og løsemiddel, separeres væskefraksjonen fra de faste partiklene med filtrering, sentrifugering, dekantering eller på annen måte.

For å øke løseligheten av forurensningene er det ofte gunstig å oppvarme blandingen av masse og løsemiddel. Dette utføres på kjent, ikke nærmere angitt måte.

Etter at massen er behandlet med løsemiddel, en eller flere ganger, tilsettes så sorpsjonsmidlet. Blandingen eltes/tromles slik at sorpsjonsmidlet opptar forurensningen, og eventuelt rester av løsemiddel. Deretter kan det være gunstig å redusere fuktinnholdet i sorpsjonsmidlet før separeringsprosessen starter. Dette kan utføres enten ved lufttørring, for eksempel ved at det blåses en luftstrøm inn i blandingen, eller ved oppvarming av blandingen, for eksempel ved at trommelen er utstyrt med et varmeelement, eventuelt en kombinasjon av disse metoder.

Renseprosessen ifølge oppfinnelsen er angitt i noen illustrerende eksempler.

Eksempel 1

7962 gram av en svart, seig og klebrig oljegrus, bestående av partikler i størrelsesorden 5-50 mm eltes/blandes i en trommel (ca. 150 liter) sammen med 1952 gram dieselolje. Den type oljegrus som er anvendt inneholder ca. 10 vekt% olje. Formålet er å fjerne oljen fra stein/gruspartiklene. Masse og diesel tromles sammen i 5 minutter med en hastighet på 27 omdreininger pr. min. Væskefraksjonen (15 98 gram) siles av (avrenningstid 3 minutter). Deretter tilsettes en vannløsning bestående av 102 gram vaskemiddel/detergent (Zalo) og 985 gram vann. Blandingen tromles i 5 minutter, og vannfraksjonen (1152 gram) siles fra grusfraksjonen (avrenningstid 3 minutter).

Store deler av oljen er nå ved disse to trinnene fjernet. Imidlertid er gruspartiklene belagt med en hinne bestående av detergent/olje/vann. Dersom denne blandingen blir tørket ved å'avdampe vannet vil oljen fortsatt bli liggende som en hinne på gruspartiklene, og således vil ikke problemet være tilfredsstillende løst.

Til denne blandingen (detergent/olje/grus/vann), hvor væskemengden nå er 1265 gram tilsettes det 1109 gram, tørket Sphagnummose. Mosen er kuttet opp og består av partikler med en størrelse i området 0,1-10 miru Blandingen tromles i 15 minutter. Deretter blåse mosen bort, dvs. separeres fra grusfraksjonen med en påført luftstrøm, og en visuell karakterisering av gruspartiklene viser at tilnærmet all olje er borte. Det kan ikke sees rester av olje på gruspartiklene.

Eksempel 2

Grøftegrus (10026 gram), som er grus/sandpartikler med en størrelse i området 0,1-10 mm, og et fuktinnhold på ca. 10%, tilsettes Trollråolje (956 gram). Til denne blandingen av olje og grus tilsettes sphagnummose (735 gram) i partikkelform (0,1-10 mm).. Blandingen tromles i 15 minutter. Mosepartiklene blåses av, og grusfraksjonen synes helt ren, fri fra olje og mose, mens mosefraksjonen er fri for gruspartikler. Imidlertid er der en svak lukt av olje fra gruspartikkelfraksjonen.

Eksempel 3

Grøftegrus (10832 gram), samme type som over, tilsettes Trollråolje (699 gram). Til denne blandingen tilsettes det en blanding av vann (1056 gram) og vaskemiddel, av typen Zalo, (101 gram). Blandingen blandes/eltes i en roterende trommel i 10 minutter. Deretter fjernes vannet. Avrenning 5 min. Til blandingen tilsettes 684 gram mose, og det tromles i 10 minutter. Mosefraksjonen blåses av. Grusblandingen synes helt ren, og det observeres ingen oljelukt fra denne fraksjonen nå. Mosen er fri for gruspartikler.

Det ekstra vasketrinnet som er innført i forhold til eksempel 2 har gjort at mosen er blitt noe renere. Grunnen til dette er at detergent/vannblandingen som er benyttet løser opp, dvs. gjør vannløselig, den oljefraksjonen som er sterkest adhert til gruspartiklene.

Eksempel 4

Brun jord (11312 gram) med en partikkelstørrelse i området fra 0,1 til 10 mm, og med et fuktinnhold på ca. 15% tilsettes Trollråolje (953 gram). Til denne blanding tilsettes 794 gram mose i partikkelform. Det tromles i 20 minutter, hvoretter mosen blåses av. Jordfraksjonen synes helt ren, kun en svak oljelukt, og består av kuleformete partikler (0.2-1 cm). Mosefraksjonen inneholder ikke jordpartikler.

Eksemplet med jord er utført for å illustrere hvordan for eksempel kloakkslam kan behandles for å rense denne for eksempel for tungmetaller.

Eksemplene viser at en fremgangsmåte i samsvar med foreliggende oppfinnelse kan rense en masse som er forurenset av forskjellige typer forbindelser. Svært ofte består slike masser imidlertid av forskjellige oljelignende forbindelser, og eksemplene er derfor utført med anvendelse av olje. Ved visuell karakterisering antas det at grus/jordfraksjonene inneholder mindre enn 0,1% olje, dvs. at mer enn 99% av oljen er fjernet. Ved riktig avstemming av lufttrykket under separeringen er mosefraksjonen ikke forurenset av stein/jordpartikler.

Det pågår nå en kjemisk karakterisering av de forskjellige fraksjoner. Effekten som oppnås med metoden er meget overraskende, og gir et særdeles viktig bidrag til muligheten for å ivareta miljøet på en bedre måte ved at det effektivt kan ryddes opp i forurensede masser.

Tørket Sphagnum mose er et materiale med meget lav egenvekt, og i forhold til stein/grus er mosens egenvekt vesentlig mindre. Selv etter at mosen har opptatt olje-forurensningen er egenvekten vesentlig lavere enn for stein/grus. Dette faktum benyttes for å separere den oljeholdige mosen fra gruspartiklene.

Idet vannmengden i sorpsjonsmidlet under tørking vil reduseres oppnås det en effekt i forhold til kompostering

og/eller forbrenning av sorpsjonsmidlet idet vekten av den forurensningsinneholdende fraksjon reduseres. Kostnader ved kompostering og forbrenning relateres til vekten av masse.

I tillegg er kostnadene relatert til massens brennverdi,. og også denne vil øke idet fuktinnholdet i massen reduseres.'

Ved å anvende separeringste-knikken ifølge foreliggende oppfinnelse vil grusfraksjonen som blir værende igjen i trommelen etter renseprosessen være tilnærmet helt rein, både med hensyn på olje, diesel, vann og sorbent. Tilsvar-ende har sorbenten opptatt tilnærmet all oljen, dieselen og vannet, men fraksjonen er ikke av betydning forurenset med gruspartikler i særlig grad.

Dermed har man to fraksjoner som kan behandles på ulikt vis. Grusfraksjonen kan benyttes som om den var fri for forurensning. Mosefraksjonen kan enten komposteres eller brennes. Den store gevinsten ligger i at forurens ningen er overført til en meget lettere fraksjon, som kan bearbeides mye enklere, billigere og bedre enn den forurensede grusfraksjonen.

Fremgangsmåten vil også kunne benyttes for å rense tungmetaller og olje fra grusfraksjonene i borekaks. Borekaks er et samlebegrep for den fraksjon som opptas ved boring av nye borehull og består stort sett av stein/- gruspartikler løst i en fraksjon av boreslam. Slammet skilles fra kaksen ved kjente metoder, men problemet er at kaksen inneholder et belegg av oljeaktige forbindelser og tungmetaller. Ved å blande denne borekaksen med et sorp-sj onsmiddel og ved å anvende fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan disse forurensningene fjernes fra kaksen. Ved rensing av borekaks kan fremgangsmåten også inneholde trinnet der tungmetallene løses opp i en vandig fraksjon, for deretter å ad- og absorberes av sorbeten sammen med vannet. Deretter tørkes vannet av ved oppvarming/luftstrøm slik at tungmetallene konsentreres i sorbeten. Dermed separeres tungmetallene og oljeforbindelsene fra kaksen, og rensing av slik kaks er derfor omfattet av oppfinnelsens ramme og ide.

Claims (12)

1.. Fremgangsmåte til å fjerne forurensninger, så som olje, PCB, PAH, tungmetaller, lipider mm, fra en heterogen masse, valgt fra sand, grus, jord, oljegrus, asfalt, borekaks, kloakkslam og lignende, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter trinnene: at det til massen tilsettes et sorpsjonsmiddel omfattende sphagnumplanter, og at massen og sorpsjonsmidlet i en trommel blandes/eltes tilstrekkelig til at en vesentlig del av forurensningen trekkes ut av massen og opptas av sorpsjonsmidlet, og at sorpsjonsmidlet deretter separeres fra massen på grunnlag av egenvekt/partikkelstørrelse ved hjelp av en påført gasstrøm, så som en luftstrøm, slik at sorpsjonsmidlet-føres med strømmen og kan oppsamles i en separat fraksjon.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at fremgangsmåten ytterligere omfatter et trinn der det til massen tilsettes et upolart løsemiddel, som løser opp "faste" forurensninger i massen og gjør disse løselige i væskefraksjonen, og at væskefraksjon deretter separeres fra massen.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 2, karakterisert ved at blandingen av masse og tilsatt løsemiddel oppvarmes for å øke løseligheten av de "faste" forurensninger.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at fremgangsmåten ytterligere omfatter et trinn hvor det til massen tilsettes et polart løsemiddel, så som vann, fortrinnsvis tilsatt en eller flere detergenter, som løser opp "faste" forurensninger slik at disse blir løselige i væskefraksjonen, og at væskefraksjonen deretter separeres fra massen.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 4, karakterisert ved at blandingen av masse og tilsatt løsemiddel oppvarmes for å øke løseligheten av de "faste" forurensninger.

6. Fremgangsmåte i samsvar med ett av kravene 1-5, karakterisert ved - at fremgangsmåten, ytterligere omfatter ett trinn hvor massen og sorpsjonsmiddel tørkes for eksempel ved at en luftstrøm påføres, eller at massen oppvarmes.

7. Fremgangsmåte i samsvar med ett av kravene 1-6, karakterisert ved at eltingen/blandingen består i at massen og midlet (løsemiddel eller sorpsjonsmiddel) interagerer i trommelen med en rotasjonshastighet og i en tidsperiode som er tilpasset den forurensede masse som skal renses, og løsemidlet og/eller sorpsjonsmidlet som anvendes.

8. Fremgangsmåte i samsvar med krav 7, karakterisert ved at trommelen roterer med en hastighet i området 5-100 omdreininger pr. minutt, fortrinnsvis 20-40 omdreininger pr. minutt, og at tromletiden er fra 1-600 minutter, fortrinnsvis 5-20 minutter.

9. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-8, karakterisert ved at det upolare løse-middel kan være ethvert upolart flytende løsemiddel, eller en blanding av flere upolare løsemidler, så som diesel, parafin, white spirit, alkaner, alkener, alkyner, alko-holer, organiske syrer, aromatiske forbindelser mm.

10. Fremgangsmåte i samsvar med krav 9, karakterisert ved at blandingen omfattende masse og upolart løsemiddel oppvarmes til en temperatur som avhenger av løsemidlets kokepunkt, idet temperaturen velges til å være i området 0°C til like under løsemidlets kokepunkt.

11. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-10, karakterisert ved at det polare løse-middel fortrinnsvis kan være ethvert polart flytende løse-middel, så som vann, tilsatt en eller flere detergenter, så som blandinger som såpe, vaskemiddel mm, eller mer karakteriserte detergenter så som kationiske, anioniske, zwitterioniske eller upolare detergenter.

12. Fremgangsmåte i samsvar med krav 11, karakterisert ved at massen og løsemiddel oppvarmes til en temperatur i området 0-98 °C, fortrinnsvis i området 30-50 °C.