Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Assessment of thermal treatment of trace element contaminated soil
Luleå University of Technology, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering, Geosciences and Environmental Engineering.
2008 (English)Licentiate thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Many contaminated sites in Sweden are characterised by a complex contamination situation with a mixture of organic and inorganic contaminants. For example, wood preservation with creosote, pentachlorophenol and chromated copper arsenate (CCA) has caused this kind of co-contaminated sites. Generally, stepwise remediation has to be used for remediation of these sites with separation and destruction of the organic contaminants and concentration, separation and stabilization of the inorganic contaminants during separate treatment steps. Thermal treatment methods are suitable for the destruction of organics but can increase the mobility of some inorganic contaminants due to phase transitions in the soil minerals. These changes have to be considered during further handling of the soil. In this work, the effects of thermal treatment on the mobility of CCA and critical factors affecting the mobility were studied. Also, different types of thermal treatment methods suitable for remediation of wood preservatives are discussed. The study included laboratory tests and a literature study. A CCA- contaminated soil was separated in four particle size fractions and thermally treated at 800 °C. Batch leaching tests showed that the thermal treatment increased the leaching of As and Cr while the leaching of Cu decreased. A chemical sequential extraction test indicated that the enhanced As leaching probably depended on the reduction of available adsorption sites for trace elements in the soil, due to crystallisation of Fe oxides. The enhanced leaching of Cr could be explained by a minor increase of easily soluble Cr(VI), an increase of the pH, and the competition for sorption sites with other oxyanions. However, the amount of stable Cr species increased during the thermal treatment. The reduced leaching of Cu could be explained by the formation of stable Cu species. The volatility of trace elements is positively correlated to treatment time and temperature. Arsenic is relatively volatile while Cr and Cu are not, although chlorides in the soil enhance Cu volatility. Thermal treatment in a reducing atmosphere enhances the volatility of As. Thermal treatment techniques are divided in extraction/desorption techniques (100-800 °C) and incineration techniques (800-1400 °C). Because of the high energy demand, incineration is most beneficial for smaller quantities of soil. Thermal desorption techniques imply an after treatment of the volatilized organic contaminants: they are combusted in an afterburner, condensed, or collected in a filter. An effective air pollution control (APC) system is necessary in order to control the volatile emissions. In rotary dryer/kiln facilities particles < 0.075 mm are transferred to cyclones and bag filters causing pressure drops and build-up problems. For the treatment of trace element contaminated soil this fact could be beneficial, because the highly contaminated fine fraction of the soil can be handled separately subsequently. Although a low temperature is beneficial to control the volatility of trace elements, it is not always the best choice concerning the leaching, because some trace elements have their leaching maxima after thermal treatment at 200-400 °C. The concentration and mobility of trace elements in the treated soil is controlled by factors such as chemical speciation of the trace elements, interactions between trace elements and soil constituents and process parameters such as fuel, atmosphere, treatment temperature and time. Stabilizing amendments mixed in the soil before thermal treatment could probably reduce the mobility of trace elements and should be investigated further.

Abstract [sv]

Många förorenade områden i Sverige har en komplex föroreningssituation, med en blandning av organiska och oorganiska föroreningar. Impregnering av trä med kreosot, pentaklorfenol samt vattenlösliga krombaserade salter av typen CCA (krom, koppar, arsenik) är ett exempel på en verksamhet som orsakat sådana områden. Denna typ av förorenad jord kräver i regel en efterbehandling i flera steg, där de organiska föroreningarna separeras och destrueras, och de oorganiska föroreningarna koncentreras, separeras och stabiliseras i separata behandlingssteg. Termiska efterbehandlingsmetoder är lämpliga för destruktion av organiska föroreningar men kan öka mobiliteten av oorganiska föroreningar på grund av förändringar i mineralsammansättningen i jorden. Detta måste beaktas vid det fortsatta omhändertagandet av jorden. I det här arbetet har effekten av termisk behandling på mobiliteten av CCA i en förorenad jord undersökts, och de kritiska faktorer som förorsakar förändringarna har identifierats. Även egenskaper i termiska efterbehandlingsmetoder som påverkar det fortsatta omhändertagandet av jorden diskuteras.Arbetet har utförts genom laboratorieförsök med termisk behandling vid 800°C av en CCA-förorenad jord, uppdelad i fyra partikelstorleksfraktioner, samt genom litteraturstudier. En-stegs laktest visade att utlakningen av As och Cr ökade efter termisk behandling, medan utlakningen av Cu minskade. Sekventiella extraktionsanalyser visade att den ökade utlakningen av As troligen orsakades av en minskning av sorptionsplatser på grund av en ökad kristallisation av Fe-oxider. Den ökade utlakningen av Cr kan förklaras med en ökning av lättlöslig Cr(VI), en ökning av pH samt genom konkurrens om sorptionsplatser från andra oxyanjoner. Andelen mycket stabila Cr-föreningar ökade dock. Den minskade utlakningen av Cu kan kopplas till en ökad andel stabila Cu-föreningar. Flyktigheten av As, Cr och Cu är positivt korrelerad till temperatur och behandlingstid vid termisk behandling. As har den största flyktigheten följt av Cu och Cr. Kloridhaltiga föroreningar ökar flyktigheten av Cu och en reducerande atmosfär ökar flyktigheten av As. Termiska efterbehandlingsmetoder uppdelas i extraktions-/desorptions- (100-800°C) och förbränningsmetoder (800-1400°C). Förbränning är endast lämpligt för mindre mängder kraftigt förorenad jord på grund av den stora energiförbrukningen. I termiska desorptionsmetoder tas de förångade organiska föroreningarna om hand i en efterbrännkammare, kondenseras eller samlas upp i filter. Ett effektivt avgasreningssystem bör vara kopplat till anläggningen för att kontrollera luftemissioner. I anläggningar som består av en roterande ugn kan partiklar < 0,075 mm förorsaka tryckfall och problem med för stora mängder fint material i cykloner och filter. När jorden innehåller oorganiska föroreningar kan detta vara en fördel genom att den kraftigt förorenade finfraktionen kan separeras och behandlas separat fortsättningsvis. Även om en låg temperatur är att föredra för att kontrollera flyktigheten av As, Cr och Cu är det inte alltid det bästa valet för att begränsa deras utlakning eftersom utlakningen för t.ex. Cu har ett maximum efter termisk behandling vid 200-400°C. Koncentrationen och mobiliteten för CCA i den behandlade jorden bestäms av faktorer som den kemiska specieringen av föroreningen, interaktioner mellan föroreningar och andra jordkomponenter samt processparametrar som bränsle, atmosfär, temperatur och tid. En inblandning av stabiliserande tillsatsmedel i jorden före förbränning skulle kunna minska CCAs mobilitet och bör undersökas vidare.

Place, publisher, year, edition, pages
Luleå: Luleå tekniska universitet, 2008. , 30 p.
Series
Licentiate thesis / Luleå University of Technology, ISSN 1402-1757 ; 2008:46
Research subject
Waste Science and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-18534Local ID: 90efc820-bd36-11dd-a7c4-000ea68e967bOAI: oai:DiVA.org:ltu-18534DiVA: diva2:991543
Note
Godkänd; 2008; 20081128 (ysko)Available from: 2016-09-29 Created: 2016-09-29Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(354 kB)1 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 354 kBChecksum SHA-512
301f540a153a55b9f8276aeed75524ab043461f3d5586e81661823168fbec6f18d089bdaf1450d58972fdb9b5e15baed1b120508c869b3c87c17f3bc2ee00d03
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Nordmark, Désirée
By organisation
Geosciences and Environmental Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 1 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 1 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link