Tynn tildekking av forurenset sediment: Småskala diffusjonsforsøk og modellering av diffusjon gjennom ulike dekklagsmaterialer

Abstract

Fire materialers evne til å redusere utlekking av miljøgiftene PAH og PCB fra forurenset sediment ved tynnsjikts tildekking, ble undersøkt. Materialene bestod av suspendert kalk fra Hustadmarmor, miljøgips fra NOAH, marin leire og pulverisert aktivt karbon (AC). Materialene ble undersøkt ved måling av diffusjonsfluks fra småskala diffusjonsforsøk i laboratorium i 101 dager, og beregning og modellering av diffusjonsfluks og utvikling av diffusjonsfluks på bakgrunn av målte parametere.Metodene for å bestemme diffusjonsfluks ble sammenlignet for å vurdere kvaliteten på resultatene.

Diffusjons fluks fra utildekket sediment var lineær for de fleste forbindelsene og var derfor i steadystate. Steady state flus ble målt til 1384 ± 88 og 5,6 ± 0,6 ngm-2dag-1 for henholdsvis sum PAH 15 og sum PCB 7. Gjennomsnittlig målt steady state fluks var 20 prosent høyere enn beregnet for PAH og425 prosent høyere enn beregnet for PCB.

I forsøksoppsett med tildekket sediment var det kun tegn på diffusjon gjennom leiredekklag. Sorpsjonskapasiteten til suspendert kalk, AC og miljøgips var stor nok til å hindre gjennombrudd av PAH og PCB i løpet av forsøksperioden.

Sammenligning av målte og modellerte verdier, viste at sorpsjonsegenskapene til leire og miljøgipsble undervurdert i modelleringen. Underestimeringen ble antatt å skyldes beregning av fordelingskoeffisienter på bakgrunn av TOC-innhold i stedet for å ta hensyn til innhold av CG som BC.

Steady state fluks fra sediment tildekket med 0,5 centimeter av de ulike materialene, ble beregnet å reduseres med cirka 75 prosent, sammenlignet med utildekket sediment. På bakgrunn av resultater fra diffusjonsforsøk og modellering, ble det antatt at AC hadde overlegne sorpsjonsegenskaper sammenlignet med de andre materialene, mens suspendert kalk og miljøgips hadde større sorpsjonskapasitet enn leire.

Hvilket dekkmateriale som er best egnet til tynn tildekking av forurenset sjøbunn, avhenger av målet med tildekkingen, faktorer som økonomi, tilgjengelighet, håndterlighet og stedsspesifikke forhold.

Four materials were examined with respect to their ability to reduce diffusive flux of PAHs and PCBs from a polluted sediment, when applied as a thin cap on top of the sediment. The materials were a lime slurry consisting of fine-grained by-product from marble production by Hustadmarmor AS, a gypsum slurry from NOAH, marine clay, and pulverized activated carbon (AC). A laboratory microcosm test was utilized to measure the diffusion of native PAHs and PCBs from a polluted sediment during 101 days, in the presence and absence of 0,5 centimeters thin capping layers of the different materials. Diffusive flux was also modelled and calculated from measured parameters from the sediment and capping materials. A comparison between measured and calculated diffusive flux was performed as a quality insurance of the data.

Steady state diffusive flux from uncapped sediment proved to be linear for most compounds, andwere 1384 ± 88 and 5,6 ± 0,6 ngm-2dag-1 for sum PAH 15 and sum PCB 7, respectively. Averagesteady state diffusive flux were overestimated in the microcosm test compared to calculated flux by20 prosent for PAH, and 425 prosent for PCB.

Diffusion through capped sediments only occurred when the capping layer consisted of clay. The lime slurry, gypsum slurry and AC had a big enough sorption capasity to prevent PAH and PCB to break thorugh the cap during the test period.

A comparison of measured and modelled diffusive flux proved that the sorption abilities of clay and gypsum slurry employed in the modelleing were underestimated. This was anticipated to be due to the calculation of distribution coeffisient between the compounds and the capping materiale based on TOC values, rather than BC values.

Steady state diffusive flux from sediments capped by 0,5 centimeters thin caps of the different materials, was calculated to be reduced by 75 prosent compared to uncapped sediments. Based on modelling and laboratory tests, it was assumed that AC was superior to the other materials with respect to sorption abilities towards PAHs and PCBs. Lime slurry and gypsum slurry were assumed better sorbents than clay.

Which material best fitted for thin capping of polluted sediments, depend upon different factors so as the purpose of the action, economy, availability, how the material can be handled, and site-specific conditions.