En studie om forbedring av metode for rensing av tunnelvaskevann

Abstract

Vegtunneler akkumulerer store mengder støv på vegbane, vegger, tak og skilt og må derfor vaskes. Når tunnelen vaskes blir vannet som oftest sluppet ut i naturen, men i noen tilfeller samlet opp og videreført til renseanlegg. Dette foregår vanligvis i sedimenteringsbasseng som fjerner mye av de partikulære forurensningene fra tunnelvaskevannet. Bruk av vaskemiddel reduserer renseeffekten til sedimenteringsbassengene ved at flere metaller får økt mobilitet, noe som har uønskede konsekvenser. Sink og kobber er av størst bekymring da det er høye konsentrasjoner som slippes ut til resipientene og som er akutt skadelig for de vannlevende organismene. Studiets formål var å forbedre rensemetoden av tunnelvaskevann. Dette ble gjort ved å prøve ut ulike rensemetoder som kan foregå i en mobil enhet og kan fraktes mellom flere tunneler og derved få større utnyttelse. Dette vil muliggjøre å rense tunnelvaskevannet i de tunnelene som allerede er bygget (men mangler tilfredsstillende rensemetode) uten å måtte bygge ut nye anlegg. Arbeidet ble foretatt både som en laboratorieundersøkelse hvor rensing ble utført i jar-tester med kjemisk felling hvor ulike kjemikalier eller fellingsmidler ble tilsatt i varierende doser. Det ble benyttet pH-heving under alle forsøkene for å oppnå best mulig utfelling av tungmetaller. Som pH-hevende kjemikalium ble både natriumhydroksid (NaOH) og kalsiumhydroksid (Ca(OH)2) benyttet, med PIX-313 (jern(III)sulfat) og magnesiumklorid (MgCl2) som hjelpekoagulanter. For forsøk med Ca(OH)2 og magnesium ble et ombygget jar-test apparatet brukt for å finne tilfredsstillende omdreiningshastighet for at mesteparten av Ca(OH)2 skulle løse seg opp i tunnelvaskevannet, og samtidig flokkulere og felle ut partikler og metaller. Det ble også bygget et lite pilotanlegg med et oppskalert gjennomstrømningsanlegg. Det ble bygget med rørflokkulering og sedimentering i et horisontalt liggende rør som skulle kunne simulere et mulig mobilt renseanlegg av tunnelvaskevann. Under gjennomstrømningsforsøket i pilotanlegget ble Ca(OH)2 og magnesium tilsatt, og vannet ble først pumpet til rørflokkuleringsanlegget for å blande inn kjemikaliene for deretter å sedimentere. Klima- og forurensningsdirektoratets (Klifs) miljøkvalitetsstandarder (EQS) (TA-3001/2012) stiller krav til metallene kobber (Cu), sink (Zn), kadmium (Cd), arsen (As), kvikksølv (Hg), krom (Cr), bly (Pb) og nikkel (Ni) ved utslipp til ferskvannsresipient. Flere av metallene viste tilfredsstillende resultater både ved batchforsøk i jar-test og i pilotanlegget med kontinuerlig gjennomstrømning. Konsentrasjonene av Zn i det rensede vannet var lave, mens Cu og Ni fortsatt hadde for høye verdier etter rensing, i henhold til Klifs grenseverdier. Jevnt over hadde rensing med kalk en bedre renseeffekt enn rensing med natriumhydroksid, spesielt for Ni og Cu. De resterende metallene hadde tilfredsstillende verdier. Rørflokkulering viste seg å fungere bra, og når slangen i tillegg ble kveilet rundt et tykt rør var det plassbesparende å bruke rørflokkulering sammenliknet med tradisjonell flokkulering. Utfellingen av metaller og mengde slam var høyest i området rundt innløpet av sedimentasjonsrøret. Gjennomstrømningsanlegget må optimaliseres ytterligere dersom det skal kunne brukes i en mobil enhet. Sedimentering ga gode resultater for rensing, men flotasjon ble ikke utprøvd så det kan være at den separasjonsmetoden også vil gi tilfredsstillende resultater, og samtidig være plassbesparende i forhold til et sedimentering. Et ekstra separasjonstrinn kan være filtrering etter sedimentering/flotasjon for å fjernet de siste små partiklene.

Road tunnels accumulate large amounts of dust from roadways, walls, ceilings and signs, and must therefore be washed. When the tunnel is washed, the water is often released out into nature or in some cases, collected and passed on to a tunnel wash water treatment plant. Sedimentation ponds are what is used most to remove most of the particulate contaminants from tunnel wash water. The Use of detergent reduces the effectivity of the sedimentation pond because it leads to several metals gaining increased mobility, which have undesirable consequences. Zinc and copper are of greatest concern when there are high concentrations emitted to the recipients, due to them being acutely harmful to the aquatic organisms. The goal of this study was to improve the purification method of tunnel wash water. This was done by trying out various methods of cleaning that can take place in a mobile device and be transported between several tunnels, and thus achieve greater efficiency. This will make it possible to clean tunnel wash water in tunnels that are already built, but lack the adequate washing without having to build new facilities. The study was carried out both as a laboratory experiment where purification was conducted in jar-tests with chemical precipitation, where various chemicals or precipitants were added in various doses. pH elevation was used under all the experiments to achieve the best possible precipitation of heavy metals. Sodium hydroxide (NaOH) and calcium hydroxide (Ca(OH)2) were used with PIX-313 (iron(III) sulfate) and magnesium chloride (MgCl2) as flocculants. For Ca(OH)2 and magnesium, a rebuilt jar-test apparatus was used to find satisfactory rotational speed needed to dissolve most of the Ca(OH)2 in the tunnel wash water, and then flocculate and precipitate particles and metals. There was also built a small pilot plant with an upscale continuous flow. It was built with tube flocculation and sedimentation in a horizontal lying tube that could simulate a possible mobile tunnel wash water treatment plant. During the flow test in the pilot plant, Ca(OH)2 and magnesium were added, and the water was first pumped to the tube flocculation for the mixing of the chemicals and then allowed to settle. The Norwegian climate and pollution agencies (Klif) environmental quality standards (EQS) (TA-3001/2012) have requirements for the metals copper (Cu), zinc (Zn), cadmium (Cd), arsenic (As), mercury (Hg), chromium (Cr), lead (Pb) and nickel (Ni) when discharged to fresh water recipients. Several of the metals showed satisfactory results both in the batch experiments with jar-tests and in the pilot plant with continuous flow. The Concentration of zinc in the purified water was low, while copper and nickel still had too high concentrations after treatment, in accordance with Klifs limit values. Consistently, the treatment with lime had a better cleaning effect than treatment with sodium hydroxide, especially for nickel and copper. Tube flocculation proved to work well in the pilot plant and when the hose in addition was coiled around a thick tube, the apparatus was space-saving compared to traditional flocculation. The precipitation of metals and the amount of sludge was highest around the inlet of the sedimentation tube. The system must therefore be optimized further if it is to be used in a mobile device. Sedimentation gave good results for treatment of tunnel wash water, but flotation was not tested and may be a better separation method, in addition to being space saving, compared to a sedimentation. To remove the last small particles, you could also add filtration after sedimentation/flotation as an extra step in the separation process.