Schaktsanering och behandling - Fördjupad beskrivning

För en kortare beskrivning se -Översiktlig metodbeskrivning.

Tillämpning

Schaktsanering och behandling är en etablerad efterbehandlingsmetod för att åtgärda förorenad jord, främst ovanför grundvattennivån, men i kombination med grundvattenpumpning/ behandling kan metoden även tillämpas under grundvattenytan. Metoden används främst för behandling av källzoner med högkoncentrerat föroreningsinnehåll.

Schaktsanering måste alltid kombineras med en eller flera andra metoder för att behandla och/eller omhänderta de massor som tagits upp ur det förorenade området. Det är vanligt att förorenade massor deponeras på deponianläggningar för farligt eller icke-farligt avfall utan någon annan form av förbehandling än viss utsortering av t.ex. avfallsrester. Exempel på tillgängliga jordbehandlingsmetoder vid centrala mottagningsanläggningar är mekanisk sortering,biologisk behandling, stabilisering/solidifiering, jordtvättning och termisk behandling.

Metoden är i stort sett oberoende av den förorenade jordens kornstorleksfördelning, men urgrävning i kohesionsjord (lera och silt) kan medföra stabilitetsproblem i form av sättningsrörelser, skred m.m. Även vid schaktning i friktionsjord måste stabilitetsförhållandena på platsen beaktas eftersom rasrisk kan uppkomma till följd av underminering, losstagning av stenar/block m.m.

Metoden kan tillämpas för flertalet organiska och oorganiska föroreningsämnen. Urgrävning av DNAPLs, som t.ex. klorfenoler och klorerade lösningsmedel, kompliceras dock ofta av att föroreningen föreligger på stort djup under grundvattennivån. Metoden måste i dylika fall kombineras med andra metoder som t.ex. grundvattenpumpning och behandling eller flerfasextraktion. Även vid efterbehandling av områden som förorenats av LNAPLs, som t.ex. oljekolväten, kan behov av att tillgripa kompletterande behandlingsmetoder föreligga, särskilt vid objekt där föroreningen nått ned till grundvattennivån. I den internationella efterbehandlingslitteraturen går metoden ofta under benämningarna excavation, excavation and removal och excavation and ex situ treatment.

Status och historik

Schaktsanering och behandling är en etablerad efterbehandlingsmetod med hög kommersielltillgänglighet som tillämpats sedan 1970-talet. Metoden har i Sverige fått stor användning, bl.a. i samband med efterbehandling av metallförorenad jord på nedlagda impregneringsplatser, samt vid efterbehandlingsåtgärder inom gruv- och tillverkningsindustrin.Schaktsanering är också den oftast använda efterbehandlingsmetoden inom olje- och drivmedelsbranschen för sanering av förorenad mark vid bensinstationer, oljedepåer och raffinaderier.

En genomgång av statligt och kommunalt finansierade efterbehandlingsprojekt utförda i Sverige under perioden 1995-2005 visade att saneringsschakt i form av urgrävning utgjorde dominerande efterbehandlingsmetod i fler än 90 % av projekten (1). I motsvarande studie konstaterades också att av cirka 600 avslutade SPIMFAB-projekt under perioden 1998-2006 så utfördes 94 % genom gräv- och schaktsanering. Även internationellt är metoden vanligt förekommande, men inte alltid lika dominerande som i Sverige. Inom ramen för det statliga amerikanska efterbehandlingsprogrammet superfund tillämpades schaktsanering som huvudsaklig efterbehandlingsmetod vid 499 av totalt 863 avslutade saneringsobjekt under perioden 1982-2002, vilket motsvarar ungefär 60 % av de avslutade efterbehandlingsprojekten inom superfund under motsvarande tidsperiod (2). Mellan 2005-2011 tillämpades urgrävning i kombination med ex situ-behandling (inklusive deponering) vid 180 föroreningsobjekt, vilket motsvarar cirka 65 % av samtliga efterbehandlingsobjekt finansierade via superfund under motsvarande tidsperiod (3). Enligt statistik från den amerikanska branschorganisationen State Coalition for Remediation of Drycleaners, SCRD, tillämpades schaktsanering vid cirka 34 % av samtliga saneringsinsatser avseende omättad zon vid amerikanska kemtvättar finansierade av SCRD under 2007 (4).

Behandlingsprinciper

Metoden i sig innebär ingen behandling av föroreningen utan baseras på att förorenad jord grävs upp ur det förorenade området och därefter omhändertas för efterföljande behandling, antingen på platsen (on site) eller vid enextern mottagningsanläggning för förorenade massor.

Tekniskt utförande

Vanligen används konventionell schaktutrustning som band- eller hjulgrävare för att gräva urde förorenade massorna. Då föroreningen finns på stort djup, eller då markstabiliteten är så pass låg att grävning inte kan utföras, kan s.k. storformatsborrning tillgripas. Vanligen används då en skruv- eller augerborrutrustning med 0,5-1 meters diameter. Storformatsborrning sker oftast med hjälp av foderrör för att hindra att borrhålsväggen kollapsar då massorna avlägsnas. Det finns också teknik baserad på vakuumsugning, vilken bl.a. används vid byte eller rensning av spårballast på järnvägsbankar, och som även kan nyttjas vid upphämtning av förorenad jord, främst från mindre djup.

Urgrävning kan ske direkt till maximalt föroreningsdjup eller i form av terrasserad eller pallvis schaktning då djup överstigande grävmaskinens maximala grävdjup ska uppnås. Även vid schaktning ovanför grundvattennivån tränger ofta yt- och markvatten in i schakten, varför länspumpning med vattenrening behöver utföras. Schaktning under grundvattennivån kan utföras efter föregående grundvattenavsänkning eventuellt i kombination med spontning.

skiss-schakt

Figur 1. Massor schaktas upp, i det här fallet med ett upplag för senare behandling/omhändertagande. Illustration av Peter Harms-Ringdahl

Urgrävda massor läggs om möjligt direkt på transportfordon/trailer för borttransport till mottagningsanläggning och/eller deponi. Det är också relativt vanligt att förorenade massor i avvaktan på lastning/transport lagras i upplag inom eller i anslutning till det förorenade området. Ett dylikt upplag bör vara försett med tätduk/liner och någon form av uppsamlingssystem för spill- och pressvatten för att motverka sekundär kontaminering av jordlager, ytvatten eller grundvatten. Massorna bör även under lagringsperioden täckas över med temporär tätduk för att motverka utlakning av föroreningar i samband med nederbörd.

shcaktsan

Figur 2: Bilden till vänster visar storformatsborrning där ler- och siltmassor som förorenats av klorerade lösningsmedel schaktas från ett förorenat markområde genom skruvborrning via foderrör. Bilden till höger visar urgrävning med tillhörande utförandekontroll vid sanering av förorenat område med misstänkta rester av kemiska och radioaktiva stridsmedel. (Foto: NIRAS A/S och Johan Helldén)

Vanliga metodkombinationer

Schaktsanering måste alltid kombineras med någon form av behandlingsmetod för uppgrävda förorenade massor. De vanligaste metoderna för behandling/omhändertagande av uppgrävda förorenade massor är: mekanisk sortering, deponering/inneslutning, biologisk behandling, termisk behandling och jordtvättning.

Vid urgrävning under eller i anslutning till grundvattennivån är det vanligt att schaktsanering kombineras med grundvattenpumpning och behandling eller flerfasextraktion.

Projekteringsaspekter

Det är ofta en fördel om föroreningens utbredning i yt- och djupled är kartlagd innan en efterbehandlingsåtgärd baserad på schaktsanering projekteras. Detta gäller särskilt i de fall schaktsanering ska bedrivas under grundvattennivån och ett behov av länspumpning i kombination med vattenrening föreligger. Samtidigt är en av metodens fördelar att föroreningsutbredningen kan kontrolleras och verifieras genom fortlöpande analyser medan åtgärden pågår. Schaktområdet kan därigenom utökas, alternativt minskas, med hjälp av den information rörande föroreningsutbredningen som erhålls under saneringsarbetets gång. Bl.a. beroende på hur de uppgrävda massorna ska omhändertas så varierar behovet av underlagsdata inför projektering. Nedan ges några exempel pådataunderlag som kan erfordras inför projektering av en efterbehandlingsåtgärd i huvudsak baserad på schaktsanering:

  • De förorenade massornas föroreningsinnehåll och lakningsegenskaper för att kunna avgöra om massorna ska transporteras till deponi för inert, farligt eller icke-farligt avfall (i de fall deponering väljs som behandlingsmetod).
  •  Resultat från bänkskaleförsök med jordtvättning, termisk avdrivning, biologisk nedbrytning eller andra behandlingsmetoder som diskuterats för de aktuella massorna.
  • Föroreningensfasfördelning. Föreligger det risk för att stora mängder fri produktfas behöver omhändertas? Finns det en risk för VOC-avgång via öppna schakter?
  • Grundvattenytenivå och dess variation över tiden (Denna information är särskilt viktig då schaktningsarbetet ska pågå under en längre tidsperiod).
  • Grundvattenflöde med fokus på möjligheten att avsänka grundvattennivån med hjälp av pumpning, eller avlänka grundvattenflödet med hjälp av spont/tätskärm.
  • Geotekniska förhållanden med beaktande av risk för skred och sättningar vid urgrävning respektive uppläggning av massor, bottenupptryckning m.m.

Behandlingsförutsättningar

Schaktsanering och behandling lämpar sig bäst för att åtgärda relativt ytligt liggande jordföroreningar ovanför grundvattennivån. Då urgrävning med konventionell schakt­utrustning tillämpas är metodens möjlighet att nå djupare liggande föroreningar oftast begränsad av grävarmens längd. Det är dock tekniskt möjligt att med hjälp av spontning, pallvis/terrasserad schaktning eller annan metodik gräva ur föroreningar på större djup. Vid grävning under grundvattennivån erfordras i allmänhet grundvattenpumpning, eventuellt i kombination med vattenrening.

Metoden är inte begränsad till vissa föroreningstyper, men lämpar sig bäst för metallförorenade jordar och områden som förorenats av LNAPLs (länk till ordlista), d.v.s. föroreningstyper som vanligen uppvisar en begränsad spridning i djupled. DNAPLs (länk till ordlista) är på grund av sin tendens att spridas till relativt stora djup under grundvattennivån mer komplicerade att åtgärda med konventionell urgrävning. För djupare liggande föroreningar kan storformatsborrning vara ett alternativ till urgrävning (5).

Schaktsanering kan tillämpas i flertalet jordartstyper, men i t.ex. hårt packad morän kan schaktbarheten vara låg vid användning av konventionell grävutrustning. Motsvarande gäller mycket grova isälvslagringar av ”åskärnekaraktär”. Oavsett jordartstyp måste alltid stabilitetsförhållandena beaktas i samband med schaktningsarbeten i jord eftersom massförflyttningar av jord innebär att laster omfördelas, vilket kan påverka risken för skred, ras och sättningsrörelser. Metoden kan tillämpas i såväl kalla klimatzoner som vintertid i tempererade klimatzoner. Men i samband med frost/permafrost kan den övre frusna delen av jordprofilen behöva tinas innan schaktningsarbetet påbörjas.

Åtgärdsmål och åtgärdskrav vid schaktsanering bör avse kvarvarande föroreningsmängd och resthalter i jord efter genomförda grävåtgärder. Är ”skydd av markmiljö” en del av åtgärdsmålet så bör det beaktas att de organismer som finns i den uppgrävda jorden oftast kommer att avlägsnas och att det därför är viktigt att återfylla med ett material som gynnar markmiljön som åtgärden avser att skydda.

Drift och uppföljning

Resultatetvid schaktsanering och behandling brukar i huvudsak kontrolleras genomfortlöpande mätning med bärbara analysinstrument för att klarlägga föroreningsgraden i schaktbotten och schaktväggar efter urgrävning. Exempel på fältanalysinstrument som ofta används vid utförandekontroll i samband med schaktsanering är XRF-instrument för metallanalyser i realtid, och PID- eller IR-instrument för att indikera förekomst av flyktiga organiska ämnen direkt i fält. Inom ramen för större efterbehandlingsprojekt kan ett fältlaboratorium med fält-GC/GC-MS etableras för att fortlöpande kontrollera föroreningsgraden i schaktbotten/schaktväggar och snabbt kunna ta beslut om att genomföra ytterligare urgrävning. Det kan också finnas ett behov av att ta samlingsprov på urgrävda massor för fastfasanalys och/eller lakförsök för att avgöra hur massorna ska klassificeras med avseende på efterföljande deponering. I skred- eller sättningsbenägna områden kan det finnas anledning att under saneringsarbetets gång registrera jordrörelser t.ex. med hjälp av inklinometerrör eller slangsättningsmätare. Även förändringar i portrycket kan vara aktuella att följa upp med hänsyn till eventuell risk för bottenupptryckning i schakter, sättningar, skredrörelser m.m.

Schaktsanering i form av urgrävning kan erfarenhetsmässigt leda till mobilisering och spridning av föroreningar, bl.a. av fri fas och av metallförorenig adsorberad till partiklar. Det kan därför vara lämpligt att under saneringsarbetets gång ta prover på grundvatten och ytvatten som berörs av markingreppet. Vid sanering av jord som förorenats av drivmedel och/eller lösningsmedel kan avgången av flyktiga organiska ämnen (VOC) vara betydande vilket, bl.a. av arbetsmiljöskäl, kan föranleda luftkvalitetsmätningar under saneringsarbetets gång (1).

Miljö- och hälsoaspekter

I samband med schaktsanering finns betydande arbetsmiljö- och hälsorisker kopplade till vistelse i eller intill schaktgropar. Stabiliteten både i och omkring en schakt kan vara mycket låg och uppläggning av förorenade massor kan under vissa betingelser utlösa skred, ras och bottenupptryckning. Det är därför viktigt att ha rätt släntlutning och att de som arbetar inom området minimerar sin arbetstid nere i schakten. Vid efterbehandling av jordar som förorenats av drivmedel eller lösningsmedel föreligger risk för ansamling av VOC i höga halter främst vid schaktbotten. Olyckshändelser/incidenter med brand/explosion och även kvävning till följd av ansamling av flyktiga organiska föroreningar i djupa schakter, finns rapporterade från flera länder. Gasvarningsutrustning i form av explosimeter eller IR-instrument bör alltid användas i samband med nedstigning i schakter eller i samband med urgrävning i slutna utrymmen som t.ex. tunnlar, bergrum eller under husgrunder.

Vid schaktsanering föreligger alltid en risk för att inneslutna förekomster av fri produktfas mobiliseras och sprids till yt- eller grundvatten. Det finns också erfarenheter av att metallföroreningar som t.ex. arsenik, koppar, zink, bly och krom, mobiliseras i samband med urgrävningsarbeten (1)(6). Dylika risker bör i största möjlig utsträckning beaktas och om möjligt förebyggas genom att t.ex. temporära markfilter anläggs i berörda diken eller ytvattendrag.

Energi- och resursaspekter

Vid schaktsanering kombinerad med jordbehandling eller deponering vid extern mottagningsanläggning svarar masstransporterna till mottagningsanläggningen för den största andelen av projektets energi- och resursförbrukning. Energi- och resursförbrukningen kan reduceras genom att merparten av jordbehandlingen utförs on site/på platsen och de behandlade massorna används för återfyllnad och markåterställning inom det förorenade området. I etableringsfasen är energi- och resursförbrukningen i allmänhet liten, eftersom denna fas i huvudsak omfattar förberedande arbetsinsatser som t.ex. utsättning, framkörning av grävutrustning, uppställning av arbetsbodar m.m. Behovet av markåterställning efter avslutade åtgärder varierar, delvis beroende av vad det behandlade området i framtiden ska användas för. Om hela den urgrävda volymen förorenade massor ska ersättas med nya/rena massor kan energi- och resursförbrukningen vara minst lika hög vid återställningsarbetet som under saneringsschaktens genomförande. Behov av asfaltering/hårdgörning, liksom av planetring/sådd, kan föreligga efter genomförda saneringsåtgärder, vilket innebär ytterligare resursförbrukning.

Kostnadsaspekter

Kostnaderna för schaktsanering och behandling varierar inom ett relativt brett intervall, bl.a. beroende av grävdjup, avstånd till mottagningsanläggning för förorenade massor och vald behandlingsmetod. I de fall massorna ska deponeras varierar kostnaden beroende av hur massorna klassificeras. Mottagning och deponering av massor som klassificeras som farligt avfall är i regel avsevärt dyrare än mottagning och deponering av massor som klassificeras som inert eller icke-farligt avfall. Även kostnaderna för behandling av förorenade massor varierar inom ett relativt brett intervall. Energikrävande behandlingsmetoder som högtemperaturförbränning, vitrifiering och termisk desorption är i regel mer kostsamma än mindre energikrävande behandlingsmetoder som t.ex. biologisk behandling och jordtvättning.

För- och nackdelar

Fördelar

  • Metoden är väl beprövad och har hög kommersiell tillgänglighet
  • Metoden är i stort sett oberoende av jordlagrens permeabilitet och kornstorleks        fördelning
  • Snabb massreduktion uppnås på relativt kort tid.
  • Det finns idag ett flertal kommersiellt tillgängliga mätinstrument för att direkt i fält kontrollera föroreningsnivåerna på framgrävda ytor och i schaktväggar. Saneringsarbetet kan därigenom styras till områden/zoner med höga föroreningsnivåer under saneringsarbetets gång.

Nackdelar

  • Problematisk vid sanering av föroreningar med hög spridningsbenägenhet i djupled (.tex. DNAPL´s).
  • Hög energi- och resursförbrukning till följd av schaktning och långväga masstransporter (vid extern jordbehandling/deponering) och stort behov av markåterställning.
  • Ofta ej möjlig att genomföra på fastigheter med verksamhet i drift.
  • Transporter kan vara störande för närboende.

Referenser

(1) Helldén, J., Juvonen, B., m.fl, 2006: Åtgärdslösningar-Erfarenheter och tillgängliga metoder. Naturvårdsverket rapport 5637.

(2) US EPA, 2003: Superfund Remedy Report. Superfund remedial actions 1982-2002: Source control treatment projects (FY 1982-2002).

(3) US EPA, 2013: Superfund Remedy Report. Fourteenth edition. EPA 542-R-13-016.

(4) SCRD, 2007: Comparison of remedial systems employed at drycleaner sites. State Coalition for Remediation of Drycleaners.

(5) Geosyntec Ltd, 2012: Geosyntec DNAPL course-Hagfors, September 24-25, 2012. (Semi-narium rörande undersökning och efterbehandling av klorerade lösningsmedel arrangerat av SGU-Sveriges Geologiska Undersökning).

(6) Helldén, J, m.fl. (2009): Spridningsbegränsande åtgärder för bly inom målområden och ”hot-spots” vid Försvarsmaktens skjutfält-slutrapport 01/012-3. Uppdragsgivare: Försvarsmaktens Miljöprövningsenhet. NIRAS-Johan Helldén AB, uppdragsnr. 01012.