Frysmuddringsteknik för sanering av förorenade sedimentområden

Sammanfattning: Ett sediment är jordmaterial som ackumulerats på botten av sjöar, hav eller vattendrag i lös och okonsoliderad form. Antropogen påverkan i form av utsläpp från industrier och avlopp har under det senaste decenniet förorenat sedimenten. Utsläppen har skett dels som kontinuerliga mindre utsläpp men också som större mer katastroflika incidenter. Större medvetenhet och en skarpare lagstiftning har minskat utsläppen, men problemet med redan förorenade områden kvarstår. För att ta itu med frågan har en rad olika saneringsmetoder utvecklats, metoderna kan delas upp i; in situ metoder och metoder där sedimentet avlägsnas. In situ metoder omfattar olika typer av övertäckning och metoder som bryter ner föroreningen på plats. De tekniker som avlägsnar sedimentet är dränering följt av grävning eller muddring. Tekniskt sett är muddring omflyttning av sediment. Muddring kan delas in i mekanisk- och hydrauliskmuddring. Benämningen miljömuddring används för metoder som anses kunna utföras med liten risk för förorening under upptaget och god precision i hur mycket sediment som tas upp. Fördelen med att använda muddring som saneringsalternativ för förorenade sediment är att man avlägsnar de förorenade materialet permanent. Det finns idag en hel rad med kommersiellt tillgängliga muddringsutrustningar som lämpar sig både för olika djup och hårda eller lösa sediment. Själva muddringen har en relativt låg kostnad och går snabbt. Avvattning, behandling och deponering av muddrade sediment ökar kostnaden avsevärt och det finns en risk för exponering av människor under själva arbetets gång. En annan risk med muddring är att det under upptaget sker en resuspension av det förorenade sedimentet, den kan orsaka hög turbiditet, spridning av föroreningar och problem med återkontamination av den muddrade ytan. Turbiditet orsakar störningar i det bentiska och akvatiska habitatet och ger på kort sikt en ökad biotillgänglighet av föroreningen. Stenblock och andra störande föremål försämrar effektiviteten vid muddring. För att tackla problemen med upptag av sediment har Luleå tekniska universitet och FriGeo AB utvecklat en teknik som kan benämnas frysmuddring. Frysmuddring är en tillämpning av artificiell markfrysning. Syftet är att med frysning stabilisera det förorenade sedimentet in situ för att sedan lyfta det i frusen form. Fördelen med frysmuddring är att den orsakar mycket liten spridning av förorenat material samtidigt som det inte sker någon extra inblandning av vatten. Frysningen ger upphov till en aggregering av de fasta partiklarna, aggregeringen kan ha en positiv effekt på möjligheten att avvattna materialet. Frysningen utförs genom att en köldbärarvätska cirkuleras i enheter som kallas frysceller, en fryscell kan bestå av en grupp rör som sticks ned i sedimentet eller av en platta som läggs ovanpå. När materialet har frusit, lyfts det upp och lastas av, sedan omplaceras fryscellen och proceduren upprepas. För att utföra en frysmuddring behövs en kylanläggning och en lyftenhet. Artificiell markfrysning är ingen nyhet i sig, metoden användes i södra Wales redan 1862 och patenterades i Tyskland 1883. Sedan dess har tekniken använts för många temporära och permanenta applikationer. Mest används markfrysning för stabilisering vid olika typer av byggnadsarbeten och lining av underjordiska gastankar. I de arktiska regionerna använder man artificiell frysning för att bibehålla permafrost under uppvärmda byggnader och vid pipelines. Då en jordprofil fryser sker en rad interaktioner mellan vatten, fasta partiklar och luft. Om profilen innehåller föroreningar blir processen än mer komplicerad. Det finns ett ökande intresse för att utveckla frysning för miljörelaterade tillämpningar. Ett exempel är inkapsling av radioaktiva material och ett annat att använda frysa/tina cykeln för att rena förorenad mark. För att kunna utvärdera användningen av de nya teknikerna krävs kunskaper kring de geokemiska effekterna av frysning. Design av system för frysning och upptag av sediment förutsätter att man kan förutsäga frysfrontens utbredning. Den valda frystemperaturen har en avgörande betydelse för förloppet men det är även att ha god kännedom om de olika sedimentmaterialens värmetekniska egenskaper. Materialegenskaperna avgör frysfrontens läge som funktion av tiden. Frysmuddring kan användas för andra ändamål än upptag av förorenade sediment, tekniken är också ett intressant alternativ för bärgning av miljöstörande föremål eller ammunition. Frysmuddring kan också användas för upptag av sediment i arkeologiskt eller kriminaltekniskt intressanta områden.