Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Miljöteknisk bedömning och hantering av sulfidjordsmassor
Luleå University of Technology, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering, Mining and Geotechnical Engineering.
2010 (Swedish)Report (Other academic)Alternative title
Environmental assessment and management of sulfide rich soils (English)
Abstract [en]

This report presents and discusses how the acidification properties of sulfide soils can be investigated, analysed and assessed. In the report it is also described how sulfide soils can be managed in an environmentally sound manner. The report is a result of a project granted by the Swedish Railway and Road Administration, nowadays "Traffic Administration". Within the project a handbook with guidelines for management of sulfide soil has also been published (Pousette, 2007 b). Problems with acidification occur when sulfide soils are exposed to oxygen and acidity is produced from the oxidation of sulfides. As a consequence of isostatic land uplift, a natural process, sulfide rich sediments once deposited in the sea are brought above the sea level and exposed to oxygen. Problems with acidification also occur when sulfide soils are drained or excavated, as a consequence of human activities. The oxidation processes leads to a decrease of pH in the soil and a corresponding release of metals. pH values around 3 are not uncommon. When sulfide soils are anaerobic (oxygen-free), i.e. when they are below the lowest groundwater level, pH is above 7 and then the soils are harmless in terms of leaching. Several examples are presented in the report regarding sulfide soil profiles, and how conditions can vary with depth, in terms of pH, redox potential and metal content.Different methods to determine sulfide soils acidification properties are described, as well as different classification systems for assessment of the acidification properties. Based upon previously proposed and used classifications systems, a new classification system has been developed. The assessment is based on leaching tests performed with a series of aerobic leaching steps where the sample is rewetted between each step. 102 leaching tests performed according to this method were evaluated to study parameters having an impact on the acidification properties of sulfide soil. The sulfur content is one important parameter, since it is oxidation of sulfur that results in a release of H+ ions in the soil. However, it is not enough to only analyse the sulfur content in order to assess a sulfide soils acidification properties. The buffer capacity of the soil also affects the decrease of pH obtained at oxidation. By performing leaching tests with repeated cycles of drying and wetting, the acidification processes can be studied. This is done in two ways: 1) the decreasing rate of pH and 2) the finally reached pH value. Both parameters are valuable for the assessment and provide good information about the soils buffer capacity. The leaching method with a series of aerobic leaching steps is a relatively simple and quick method. Normally the test takes 10 days. The leaching method can distinguish sulfide soils of different types with regard to: 1) decrease rate of pH and 2) the lowest pH value obtained. In the evaluated and presented leaching tests the lowest pH value obtained ranged from 2.6 to 6.3. For 37 % of the samples pH never reached values below 4. For the samples that reached a pH value below 4, the number of aerobic leaching steps until pH was below 4 ranged from 2 to 13. The main parameters of the proposed classification system is the sulfur content, the minimum pH value reached in the leaching test and the number of aerobic leaching steps until pH is lower than 4. The report describes in detail the classification system and how it is used to assess sulfide soils acidification properties. Some examples of the use of the system are also included.A review of different management strategies for sulfide soils has been performed and they are described and ranked after the acidification impact on the environment. Since anaerobic sulfide soil is harmless, the best principle to avoid problems with acidification is to not excavate the soil. Then it remains anaerobic. If the soil is, or has to be, excavated the best option is to place the excavated soil below the groundwater table. In this way, oxidation is prevented and the soil can remain anaerobic. If the soil is excavated and piled up above the ground, it is important to minimise the contact with oxygen in the atmosphere. This can be done by covering the soil with a protection layer of adequate thickness. If the soil is piled up above ground it is important to keep in mind the environmental condition on the site. It is then best if the site consists of sulfide soil as the ground and water streams then already are affected by acidification from the sulfide soil.

Abstract [sv]

Denna rapport är en kunskapssammanställning om sulfidjordars försurningsegenskaper, hur de kan undersökas och bedömas, samt hur sulfidjordsmassor kan hanteras på ett miljömässigt bra sätt. Arbetet är en del i ett projekt finansierat av Trafikverket (tidigare Banverket och Vägverket) där en handledning med råd och rekommendationer för hantering av sulfidjordsmassor har tagits fram (Pousette, 2007 b). Problem med försurning fås när sulfidjord utsätts för luftens syre och oxiderar. Detta har skett, och sker, naturligt pga landhöjning varvid sulfidjordssediment hamnar ovanför havsytan. Problem med försurning fås även när sulfidjord grävs upp och exponeras för luft. Oxidationsprocesserna leder till att pH i jorden sjunker och metaller kan lakas ut. pH-värden kring 3 är inte ovanliga. Så länge sulfidjord är anaerob (syrefri), vilket den är under lägsta grundvattennivån, ligger pH över 7 och jorden är harmlös vad gäller utlakning. I rapporten redovisas flera exempel på sulfidjordsprofiler och hur förhållandena varierar med djupet, vad gäller bl a pH, redoxpotential och metallhalter. Olika metoder för att bestämma sulfidjordars försurningsegenskaper beskrivs, liksom olika bedömningssystem. Ett nytt bedömningssystem har tagits fram, som bygger på tidigare föreslagna och använda system. Bedömningssystemet utgår från lakförsök utförda med upprepade aeroba laksteg där provet väts mellan varje steg. 102 lakförsök utförda enligt denna lakmetodik har utvärderats för att studera vilka parametrar som påverkar försurnings-egenskaperna. Svavelhalten är en viktig parameter, eftersom det är oxidation av svavlet i jorden som resulterar i att H+-joner frigörs. Men det räcker inte med att enbart analysera svavelhalten för att bedöma en sulfidjords försurningsegenskaper eftersom även jordens buffertförmåga påverkar vilken pH-sänkning som fås vid oxidation. Genom att utföra lakförsök med upprepade cykler av torkning och vätning kan försurningsförloppet studeras, både vad avser den hastighet som pH sjunker med och det lägsta pH-värdet som uppnås. Båda dessa parametrar är viktiga för bedömningen och ger information om jordens buffertförmåga. Lakmetodiken med upprepade aeroba lakförsök är ett relativt enkelt och snabbt sätt för att bestämma sulfidjordars försurningsegenskaper, normalt tar försöket 10 dygn. Metoden kan särskilja sulfidjord av olika typ vad avser hur fort pH sjunker och vilket lägsta pH-värde som kan erhållas. I de utvärderade lakförsöken varierade uppmätta pH-min.värden mellan 2,6 och 6,3. För 37 % av proverna sjönk pH aldrig under 4. För proverna där pH sjönk under 4, varierade antalet aeroba laksteg till dess att pH understeg 4 mellan 2 och 13. Huvudparametrarna i det föreslagna bedömningssystemet är svavelhalten, pH-min.värdet vid lakförsök med upprepade aeroba laksteg och antalet aeroba laksteg till dess att pH < 4. I rapporten beskrivs bedömningssystemet i sin helhet och det finns flera exempel som visar hur det ska användas.En genomgång av olika åtgärdsprinciper för sulfidjord har utförts och åtgärderna prioriteras med avseende på försurningsegenskaper. Eftersom anaerob sulfidjord är harmlös är det bästa ur försurningssynpunkt att inte gräva upp sulfidjord. Grävs den upp är det bästa alternativet att lägga den under grundvattenytan så att oxidation förhindras och jorden förblir anaerob. Läggs sulfidjorden upp ovan jord är det viktigt att minimera kontakten med luftens syre. Det kan göras genom att lägga ut ett täckskikt med tillräcklig tjocklek. Viktigt att tänka på vid uppläggning ovan jord är förhållandena på uppläggningsplatsen. Bäst är att lägga upp jorden på ett område som består av sulfidjord där marken och vattendragen redan är påverkade av försurning från sulfidjord.

Place, publisher, year, edition, pages
Luleå: Luleå tekniska universitet, 2010. , 134 p.
Series
Research report / Luleå University of Technology, ISSN 1402-1528
National Category
Geotechnical Engineering
Research subject
Soil Mechanics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-23266Local ID: 64e60640-7d01-11df-ab16-000ea68e967bOAI: oai:DiVA.org:ltu-23266DiVA: diva2:996315
Note
Godkänd; 2010; 20100621 (pou)Available from: 2016-09-29 Created: 2016-09-29 Last updated: 2017-11-24Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(5960 kB)801 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 5960 kBChecksum SHA-512
4dc502142f56fa1fa2763558242cc4cfb15387545a87d45440736d40cac8feca7cc9b70d47f3393fba747e1d4dca376dd0529b2389844a1db1f0dddec773d0d4
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Pousette, Kerstin
By organisation
Mining and Geotechnical Engineering
Geotechnical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 801 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

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 325 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf