Effekten av organisk materiale i jord på utlekking av seksverdig krom (Cr-VI) fra resirkulerte betongaggregater

Abstract

Norge har et mål om 70 % materialgjenvinning av bygge- og riveavfall innen 2020. Denne andelen var kun 44 % i 2020. For å nå målet er økt gjenbruk av betong- og teglavfall avgjørende. Resirkulerte betongaggregater egner seg som byggematerialer i grunnkonstruksjoner for veier og parkeringsplasser. En utfordring med slik gjenbruk er imidlertid mulig utlekking av seksverdig krom (Cr-VI) fra betongen med påfølgende mulige negative effekter på resipienten.

I naturen finnes krom i treverdig (Cr-III) og seksverdig form (Cr-VI). Cr(III) er et essensielt sporstoff hos mennesker og er generelt mindre giftig enn Cr(VI). Cr(VI) kan forårsake kreft og er svært allergifremkallende. Cr(VI) er svært giftig for vannlevende organismer og kan ha negative langtidseffekter.

Cr(VI) finnes i sementen i betong på grunn av oksidering av Cr(III) til Cr(VI) når sementen blir produsert. På grunn av betongens alkaliske egenskaper kan Cr(VI) lekke ut i relativt høye konsentrasjoner fra resirkulerte betongaggregater. Organisk materiale i jord er funnet å redusere Cr(VI) til Cr(III) med påfølgende retensjon i jord. I denne studien har samspillet mellom Cr(VI) og organisk material i jord blitt undersøkt ved å bruke en standard oppstrøms kolonnetest. I forsøket ble jord enten ble plassert over eller under betongaggregatene i kolonnene med tilførsel av forskjellige mengde vann.

Resultatene viste at krom ble funnet hovedsakelig som Cr(VI) i eluatet fra betongaggregatene og at Cr(VI) i aggregatene representerer en kilde til Cr(VI)-utlekking over lang tid. Når betongeluatet perkolerte organisk materiale i jord, ble først ca. 100 % av Cr(VI) redusert til Cr(III), og deretter ca. 85 %. Nedgangen var forårsaket av økt utlekking av DOC fra jorda utløst av det alkaliske betongeluatet. Cr(III) var løselig ved lav pH (4 – 6) og ble adsorbert til organisk materiale eller felt ut når pH økte. Ingen reduksjon av Cr(VI) ble funnet når eluat med organiske materiale fra jord perkolerte betongaggregatene. Det ble funnet forhøyet Cr(VI) utlekking fra betongaggregatene forårsaket av en «first flush effect». Det ble funnet en positiv korrelasjon mellom økt Cr(VI) utlekking fra betongaggregatene og økte mengder vann tilsatt og indikasjon på høyest Cr(VI) utlekking for matriser med høyest permeabilitet.

Norway has a goal of 70 % material recycling of construction and demolition waste by 2020. This portion was only 44 % in 2020. To meet the target set, increased reuse of concrete and brick waste is crucial. Recycled concrete aggregates (RCA) are suitable as building materials in ground constructions such as roads and car parks. One challenge with such reuse is possible leaching of hexavalent chromium (Cr-VI) from the RCA with subsequent possible negative effects on recipients.

In the environment, chromium exists in the trivalent (Cr-III) and the hexavalent (Cr-VI) states. Cr(III) is an essential trace metal in humans and is generally less toxic than Cr(VI). Cr(VI) can cause cancer and is highly allergenic. Cr(VI) is also very toxic to aquatic organisms and may have negative long-term effects.

Cr(VI) is found in the cement in concrete because Cr(III) is oxidised to Cr(VI) when the cement is produced. Due to the alkaline nature of concrete, Cr(VI) can leach out from RCA in relatively high concentrations. Soil organic matter (SOM) is found to reduce Cr(VI) to Cr(III) with subsequent retention in soil. In this study the interplay between Cr(VI) and SOM has been investigated by using a standard up-flow column test. The effect of SOM was determined with soil either placed over or under RCA in the columns with different amounts of water added.

Results shown that chromium was found mainly as Cr(VI) in the leachate from RCA and that Cr(VI) in RCA presents a long-term source of Cr(VI) leaching. When RCA leachate percolated SOM, close to 100 % of Cr(VI) was reduced to Cr(III) at first, and then this decreased to approximately 85 %. The decrease was caused by elevated leaching of DOC from the soil trigged by the alkaline RCA leachate. Cr(III) was soluble at low pH (4 – 6) and was adsorbed to SOM or precipitated when the pH increased. No reduction of Cr(VI) was found when SOM leachate percolated RCA. It was found elevated Cr(VI) leaching from RCA due to a first flush effect. It was a positive correlation between increased Cr(VI) leaching from RCA and increased amounts of water added and indications of higher Cr(VI) leaching due to higher permeability in the matrices.