Περιβάλλον ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑΣ ΜΟΛΥΒ ΟΥ ΣΕ ΕΡΓΑ Ο ΟΠΟΙΪΑΣ Α. ΞΕΝΙ ΗΣ 1, Α. ΠΕΠΠΑΣ 2, Ι. ΠΑΣΠΑΛΙΑΡΗΣ 3

Transcript

1 Περιβάλλον ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΣΚΩΡΙΩΝ ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑΣ ΜΟΛΥΒ ΟΥ ΣΕ ΕΡΓΑ Ο ΟΠΟΙΪΑΣ Α. ΞΕΝΙ ΗΣ, Α. ΠΕΠΠΑΣ 2, Ι. ΠΑΣΠΑΛΙΑΡΗΣ 3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Εξετάσθηκε η δυνατότητα χρήσης των χονδρο- µερών µεταλλουργικών σκωριών της περιοχής του Λαυρίου ως αδρανή υλικά για τη κατασκευή ασύνδετων υλικών βάσης, υπόβασης και ασφαλτικού σκυροδέµατος στα έργα οδοποιίας. Προσδιορίσθηκαν αφενός οι γεωτεχνικές ιδιότητες των σκωριών και αφετέρου τα γεωχηµικά τους χαρακτηριστικά και συγκρίθηκαν µε τις προδιαγραφές που ορίζει η υφιστάµενη Ελληνική και Κοινοτική νοµοθεσία χαρακτηρισµού αποβλήτων και χρήσης υλικών σε έργα οδοποιίας. Λόγω έλλειψης ολοκληρωµένης Ελληνικής και Κοινοτικής νοµοθεσίας, η εκτίµηση της περιβαλλοντικής επικινδυνότητας από τη χρήση των σκωριών σε έργα οδοποιίας έγινε µε την εφαρµογή πρότυπων δοκιµών εκχυλισιµότητας, τα αποτελέσµατα των οποίων συγκρίθηκαν µε τα αντίστοιχα όρια της κάθε δοκιµής, εφόσον υπάρχουν, καθώς επίσης και µε τα όρια απόρριψης υγρών αποβλήτων σε υδάτινους αποδέκτες και πόσιµου νερού. Τέλος, προκειµένου να εκτιµηθεί η συνολική επιβάρυνση των εδαφών, λόγω της χρήσης των σκωριών ως αδρανούς υλικού βάσης και υπόβασης στα έργα οδοποιίας, για χρονικό διάστηµα 0 ετών, έγινε µαθηµατική προσοµοίωση, τα αποτελέσµατα της οποίας συγκρίθηκαν µε τα αντίστοιχα όρια της Ολλανδικής νοµοθεσίας. Με βάση τα αποτελέσµατα των δοκιµών προέκυψε ότι οι σκωρίες πέραν της µεγάλης κοκκοµετρίας τους πληρούν όλες τις γεωτεχνικές προδιαγραφές για τη χρησιµοποίηση τους ως αδρανές υλικό βάσης, υπόβασης και ασφαλτικού σκυροδέ- µατος. Οι δοκιµές εκχυλισιµότητας έδωσαν τιµές συγκέντρωσης Pb στα διαλύµατα εκχύλισης ανάλογα µε τη δοκιµή µεγαλύτερες ή µικρότερες από το όριο απόρριψης σε υδάτινους αποδέκτες. Λόγω της διαφοροποίησης αυτής, η αξιολόγηση της δυνατότητας χρήσης των σκωριών µε βάση τα αποτελέσµατα των δοκιµών εκχυλισιµότητας είναι µη ασφαλής. Σύµφωνα όµως µε την Ολλανδική αλλά και τη Γερµανική νοµοθεσία οι σκωρίες µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως αδρανές υλικό βάσης και υπόβασης σε έργα οδοποιίας εφόσον όµως ληφθούν µέτρα αποµόνωσης και προστασίας. ρ. Μηχ. Μεταλλείων-Μεταλλουργός, Εργ. Μεταλλουργίας ΕΜΠ 2 Μηχ. Μεταλλείων-Μεταλλουργός, Εργ. Μεταλλουργίας ΕΜΠ 3 Αν. Καθηγητής. Τµήµα Μηχ. Μεταλλείων-Μεταλλουργών, ΕΜΠ. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ανακύκλωση δευτερογενών υλικών αποσκοπεί στη διατήρηση των φυσικών πόρων και τον περιορισµό του όγκου των απορριµµάτων που πρέπει να αποτεθούν σε ειδικούς χώρους διάθεσης. Η ανακύκλωση ενθαρρύνεται σηµαντικά από πολλές χώρες και την Ευρωπαϊκή Ένωση η οποία έχει ενσωµατώσει σχετικές διατάξεις σε όλες τις οδηγίες που αφορούν τη διαχείριση αποβλήτων. Στην πρόσφατη οδηγία του Συµβουλίου της Ευρωπαϊκής Ένωσης σχετική µε την υγειονοµική ταφή των αποβλήτων (οδηγία 999/3/ΕΚ) [] ορίζεται ότι πρέπει να ενθαρρύνεται η πρόληψη, η ανακύκλωση και η ανάκτηση των αποβλήτων καθώς και η χρήση υλικών και ενέργειας εξ ανα- ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002 7

2 κτήσεως, ώστε να διαφυλάσσονται οι φυσικοί πόροι και να αποφεύγεται η επιζήµια χρήση του εδάφους. Βασικό στοιχείο για την ενθάρρυνση της ανακύκλωσης αποβλήτων αποτελεί η αρχή ο ρυπαίνων πληρώνει, η οποία έχει ενσωµατωθεί σε όλες τις Κοινοτικές οδηγίες που σχετίζονται µε τη διαχείριση επικίνδυνων ή µη αποβλήτων. Πολλές χώρες-µέλη προκει- µένου να ενθαρρύνουν την ανακύκλωση έχουν θεσπίσει ειδική περιβαλλοντική νοµοθεσία που περιλαµβάνει κυρίως την καταβολή φόρου για την απόθεση σε χώρους ταφής απορριµµάτων (landfill tax). Στη Γαλλία, επιτρέπεται η απόθεση σε χώρους ταφής απορριµµάτων µόνον υλικών τα οποία δεν µπορούν να ανακυκλωθούν ή να κατεργασθούν περαιτέρω για την ανάκτηση χρήσιµων προϊόντων ή ενέργειας και τα οποία χαρακτηρίζονται ως «τελικά απόβλητα». Επίσης, σε ορισµένες χώρες έχει προταθεί και συζητείται η επιβολή φόρου χρήσης πρωτογενών αδρανών υλικών (που δεν έχουν προκύψει από ανακύκλωση) [2]. Η χρήση εναλλακτικών (δευτερογενών) υλικών ως αδρανή σε δοµικά έργα αποτελεί µια ευρέως διαδεδο- µένη πρακτική στις περισσότερες χώρες. Στην Ευρωπαϊκή Ένωση έχουν χρησιµοποιηθεί σε έργα οδοποιίας µεγάλες ποσότητες δευτερογενών υλικών, όπως σκωρίες υψικαµίνου και παραγωγής χάλυβα, τέφρες από τους θερµικούς σταθµούς παραγωγής ενέργειας, υλικά από κατεδαφίσεις κτιρίων ή ανακατασκευή δρόµων, τέφρες από καύση αστικών απορριµµάτων, υπολείµµατα καύσης βιολογικής λάσπης κλπ. Ωστόσο, πρέπει να αναφερθεί ότι η µέχρι τώρα πρακτική περιλαµβάνει χρήση σκωριών χαλυβουργίας και υψικαµίνων και όχι σκωριών µεταλλουργίας µολύβδου. Στην Αυστρία από τα στατιστικά στοιχεία που προκύπτουν µέχρι το 995, η ετήσια παραγωγή σε σκωρίες υψικαµίνου ήταν της τάξης του. Μt εκ των οποίων οι 0.5 Mt χρησιµοποιήθηκαν σε έργα οδοποιίας. Στην ανία οι σκωρίες των χαλυβουργίων χρησι- µοποιούνται σε ποσοστό 0% στο ασφαλτικό σκυρόδεµα. Ανάλογη τακτική ακολουθείται και στη Φιλανδία. Στις ΗΠΑ, µόνο το % της ετήσιας παραγωγής σκωριών υψικαµίνου απορρίπτεται στο περιβάλλον, ενώ το µεγαλύτερο µέρος τους χρησιµοποιείται ως βάση ή υπόβαση στην κατασκευή δρόµων, στο ασφαλτικό σκυρόδεµα και στην παραγωγή τσιµέντου Portland [2]. Το µεγαλύτερο εµπόδιο για την χρήση δευτερογενών υλικών σε δοµικά έργα σχετίζεται µε τις ανησυχίες για τις ενδεχόµενες επιπτώσεις στο περιβάλλον. Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν τη χρήση τους είναι το κόστος µεταφοράς και το κόστος προκατεργασίας των υλικών. Οι τιµές διάθεσης φυσικών αδρανών στην Ευρωπαϊκή Ένωση κυµαίνονται από 3.3 έως 4.3 EURO/τόννο, τιµές σηµαντικά χαµηλότερες από αυτές των ανακυκλωµένων αδρανών οι οποίες κυµαίνονται από 4.3 έως.9 EURO/τόννο [2]. Η διαφορά αυτή του κόστους των ανακυκλωµένων σε σχέση µε τα πρωτογενή αδρανή υλικά µπορεί να µειωθεί περαιτέρω αν ληφθεί υπόψη και το κόστος διάθεσης σε χώρους ταφής απορριµµάτων. Στην περιοχή του Λαυρίου έχουν αποτεθεί µεγάλοι όγκοι σκωριών µεταλλουργίας µολύβδου, η ποσότητα των οποίων εκτιµάται σε τόνους [3]. Το µεγαλύτερο τµήµα των σκωριών αυτών έχει αποτεθεί σε δύο σωρούς από τους οποίους ο ένας βρίσκεται στην περιοχή του λιµανιού του Λαυρίου και ο δεύτερος στην βόρεια είσοδο της πόλης στην περιοχή του Θορικού. Μικρότερες ποσότητες σκωριών συναντώνται σε διάφορα άλλα σηµεία της πόλης του Λαυρίου. Οι σκωρίες του Λαυρίου ταξινοµούνται ως προς το µέγεθός τους σε δύο είδη: τις λεπτοµερείς µε µέγεθος κόκκων έως περίπου 4mm οι οποίες έχουν προκύψει κατά την ταχεία ψύξη της σκωρίας µε ψεκασµό θαλασσινού νερού, και τις χονδροµερείς µε µέγεθος τε- µαχίων έως και 20cm. Οι µεταλλουργικές σκωρίες µέχρι πρόσφατα θεωρούνταν ως χηµικώς αδρανείς εξαιτίας του γεγονότος ότι τα βαρέα µέταλλα είναι εγκλωβισµένα σε µια σιδηροπυριτική µήτρα [4]. Για το λόγο αυτό, οι σκωρίες του Λαυρίου έχουν αποτεθεί χωρίς να ληφθούν οποιεσδήποτε περιβαλλοντικές προφυλάξεις ή έχουν χρησιµοποιηθεί οι µεν λεπτοµερείς ως υλικό αµµοβολής, οι δε χονδροµερείς ως αδρανή υλικά για την κατασκευή του λιµανιού του Λαυρίου. Η αυξηµένη όµως περιβαλλοντική ευαισθησία κατά τα τελευταία έτη οδήγησε στην επανεξέταση των σκωριών µολύβδου σχετικά µε τη σταθερότητα και την καταλληλότητά τους για αξιοποίηση ή απόθεση στο περιβάλλον. Στην παρούσα εργασία προκειµένου να ελεγχθεί η δυνατότητα χρήσης των χονδροµερών µεταλλουργικών σκωριών ιδιοκτησίας ήµου Λαυρίου ως αδρανή υλικά σε έργα οδοποιίας, παρουσιάζεται η περιβαλλοντική νοµοθεσία και εξετάζεται η εκχυλισιµότητα βαρέων µετάλλων από αυτές. Με δεδοµένη την έλλειψη στην Ελλάδα θεσµοθετηµένων µεθόδων προσδιορισµού της εκχυλισιµότητας και αντίστοιχων ρυθ- µιστικών ορίων συγκέντρωσης στο εκχύλισµα, εφαρ- µόσθηκαν τεχνικές και µέθοδοι αποτίµησης που χρη- 8 ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002

3 σιµοποιούνται σε άλλες χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης. 2. ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ Σε γενικές γραµµές η δυνατότητα ανακύκλωσης των σκωριών σε δοµικά έργα καθορίζεται αφενός από τη νοµοθεσία χαρακτηρισµού και διαχείρισης αποβλήτων και αφετέρου από την ειδική νοµοθεσία χρήσης υλικών σε δοµικά έργα, η οποία µπορεί να περιλαµβάνει περιβαλλοντικές και τεχνικές προδιαγραφές. 2.. Εθνική και Κοινοτική νοµοθεσία χαρακτηρισµού και διαχείρισης αποβλήτων Σύµφωνα µε την ελληνική νοµοθεσία και σε εναρ- µόνιση µε την κοινοτική, τα απόβλητα διακρίνονται σε δύο κατηγορίες, τα µη επικίνδυνα και τα επικίνδυνα. Μέτρα και όροι για τη διαχείριση των στερεών αποβλήτων καθορίζονται από την Κοινή Υπουργική Απόφαση (ΚΥΑ) 69728/824 [5] σε εναρµόνιση µε τις διατάξεις της οδηγίας 9/56/ΕΟΚ (8 Μαρτίου 99). Η διαχείριση των επικίνδυνων αποβλήτων καλύπτεται από την ΚΥΑ 9396/546 [6], η οποία είναι σε εναρµόνιση µε την αντίστοιχη κοινοτική οδηγία 9/689 της 2 ης εκεµβρίου 99. Τα απόβλητα της θερµικής µεταλλουργίας µολύβδου όπως οι σκωρίες πρώτης και δεύτερης επεξεργασίας µεταλλεύµατος περιλαµβάνονται στον κατάλογο των επικίνδυνων αποβλήτων του Παραρτήµατος Ι της ΚΥΑ 69728/824 µε κωδικό Παρόλα αυτά, σύµφωνα µε το άρθρο 3 της παραπάνω ΚΥΑ, τα απόβλητα που προκύπτουν από εργασίες εκµετάλλευσης, εµπλουτισµού και µεταλλουργικής κατεργασίας των ορυκτών πρώτων υλών εξαιρούνται από το πεδίο εφαρµογής της απόφασης, εφόσον τα αποπλύ- µατα που προκύπτουν δεν παρουσιάζουν ένα τουλάχιστον χαρακτηριστικό του Παραρτήµατος ΙΙ, της ΚΥΑ. Τα χαρακτηριστικά που καθορίζονται περιλαµβάνουν: εκρηκτικό, οξειδωτικό, πολύ εύφλεκτο, εύφλεκτο, ερεθιστικό, επιβλαβές, τοξικό, καρκινογόνο, διαβρωτικό, µολυσµατικό, τερατογόνο, µεταλλαξηγόνο, έκλυση τοξικού αερίου σε επαφή µε νερό, αέρα ή οξύ και τέλος οικοτοξικό. Οι χαρακτηρισµοί αυτοί αποδίδονται σύµφωνα µε κριτήρια που καθορίζονται στην κοινοτική οδηγία 67/548 της 27 ης Ιουνίου 967 και τις τροποποιήσεις της. Ειδικά για τους χαρακτηρισµούς πολύ εύφλεκτο, εύφλεκτο, ερεθιστικό, επιβλαβές, τοξικό, καρκινογόνο και διαβρωτικό, το επικίνδυνο απόβλητο παρουσιάζει µία ή περισσότερες από τις ακόλουθες ιδιότητες [5] : Παράµετρος Κριτήριο Σηµείο ανάφλεξης <55 C Περιεκτικότητα ουσιών ταξινοµηµένες ως λίαν τοξικές % Περιεκτικότητα ουσιών ταξινοµηµένες ως τοξικές 3% Περιεκτικότητα ουσιών ταξινοµηµένες ως επιβλαβείς 25% Περιεκτικότητα διαβρωτικών ουσιών R35 % Περιεκτικότητα διαβρωτικών ουσιών R34 5% Περιεκτικότητα ερεθιστικών ουσιών R4 % Περιεκτικότητα ερεθιστικών ουσιών R36, R37, R38 20% Περιεκτικότητα καρκινογόνων ουσιών (κατηγορίες ή 2) 0,% Η διαχείριση των επικίνδυνων και µη αποβλήτων όπως ορίζεται στη σχετική νοµοθεσία πραγµατοποιείται κατά τρόπο ώστε να διασφαλίζεται η υγεία του ανθρώπου και η προστασία του περιβάλλοντος. Για την πραγµατοποίηση κάθε έργου ή δραστηριότητας, που αναφέρεται στη διαχείριση των αποβλήτων, και ειδικότερα στις εργασίες διάθεσης ή αξιοποίησης απαιτείται η έγκριση περιβαλλοντικών όρων, η οποία χορηγείται µε κοινή απόφαση του υπουργού ΠΕ- ΧΩ Ε και του κατά περίπτωση συναρµόδιου υπουργού. Περαιτέρω, για τη χορήγηση της σχετικής άδειας απαιτείται η υποβολή αίτησης από τον ενδιαφερόµενο που συνοδεύεται από τεχνικοοικονοµική µελέτη, έγκριση περιβαλλοντικών όρων και πλήρη µελέτη της οργάνωσης, κατασκευής και λειτουργίας της εγκατάστασης καθώς και της αποκατάστασης του χώρου διάθεσης ή αξιοποίησης των αποβλήτων Ειδική περιβαλλοντική νοµοθεσία χρήσης υλικών σε έργα οδοποιίας Η νοµοθεσία που βρίσκεται σε ισχύ σήµερα στην Ελλάδα και αφορά την χρήση αδρανών σε έργα οδοποιίας, ενώ ορίζει µε σαφήνεια τις απαιτούµενες γεωτεχνικές ιδιότητες δεν περικλείει αναφορά σε περιβαλλοντικές προδιαγραφές. Οι κοινοτικές οδηγίες που βρίσκονται σε ισχύ και αναφέρονται σε υλικά κατασκευής δοµικών έργων, περιορίζονται στον καθορισµό του νοµοθετικού πλαισίου που πρέπει να ισχύει σε κάθε χώρα της Κοινότητας και δεν ορίζουν τις προδιαγραφές που πρέπει να φέρουν τα υλικά. εδοµένης της ανάγκης εφαρµογής κοινού νοµοθετικού πλαισίου και µε βάση τις σηµαντικές διαφοροποιήσεις των προδιαγραφών από χώρα σε χώρα, η Ευρωπαϊκή Ένωση θα θέσει σε ισχύ το ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002 9

4 2003 νέο πρότυπο για τα έργα οδοποιίας [7], το οποίο βρίσκεται υπό ανάπτυξη υπό την κωδικοποίηση pren 38- από την επιτροπή CEN/TC 227 (European Committee for Standarization/Technical Committee 227). Ταυτόχρονα θεσπίζονται σαφείς προδιαγραφές, µερικές από τις οποίες είναι ήδη σε ισχύ, για τον έλεγχο των ποιοτικών χαρακτηριστικών των αδρανών (πρότυπο το οποίο αναπτύσσεται από την επιτροπή CEN/TC 54). Στις περισσότερες Ευρωπαϊκές χώρες δεν υπάρχουν σαφείς περιβαλλοντικές προδιαγραφές χρήσης των υλικών ως αδρανή, αλλά το θεσµικό πλαίσιο επιβάλλει τον έλεγχο της συµβατότητάς τους προς το περιβάλλον. Ο έλεγχος αυτός γίνεται κατά περίπτωση από τις αρµόδιες αρχές. Ολοκληρωµένες προδιαγραφές χρήσης δευτερογενών υλικών στις κατασκευές υπάρχουν στην Ολλανδία, όπου το σχετικό διάταγµα (Building Materials Decree) τέθηκε σε ισχύ το 998 [8]. Στο διάταγµα αυτό καθορίζεται ότι η εφαρ- µογή δευτερογενών υλικών δεν θα πρέπει να προκαλεί συνολική επιβάρυνση των εδαφών σε βαρέα µέταλλα για χρονικό διάστηµα 0 ετών µεγαλύτερη από το % των συνιστώµενων ορίων συγκέντρωσης εδαφών (target values). Η βάση υπολογισµών της επιβάρυνσης αυτής είναι η πρότυπη δοκιµή εκχυλισιµότητας ΝΕΝ 7343 [9]. Στην Αυστρία, στη σχετική νοµοθεσία παρόλο που δεν περιλαµβάνονται σαφείς περιβαλλοντικές προδιαγραφές, αναφέρεται ότι «θα πρέπει να ελέγχεται η συµβατότητα των υλικών ως προς το περιβάλλον στα έργα οδοποιίας». Ανάλογη κατάσταση επικρατεί και στην ανία. Στην Φινλανδία η κυβέρνηση εξέδωσε οδηγία όπου αναφέρεται ότι στα δευτερογενή υλικά που πρόκειται να χρησιµοποιηθούν σε δοµικά έργα θα πρέπει να εφαρµόζονται δοκιµές εκχυλισιµότητας και δοκιµές σε στήλες. Στην Ελβετία έχει τεθεί σε ισχύ το TVA-batch test, χωρίς όµως να έχουν θεσπιστεί και όρια αποδοχής ή απόρριψης. Αυστηρότερες προδιαγραφές βρίσκονται σε ισχύ στην περίπτωση ανακύκλωσης τσιµέντου και τέφρας βιολογικής λάσπης, όπου υπάρχουν σαφή όρια για τις συγκεντρώσεις µετάλλων (π.χ. στην Αυστρία εφαρµόζεται η πρότυπη δοκιµή ONORM S 2072). Στο Ενωµένο Βασίλειο, οι προδιαγραφές είναι ιδιαίτερα αυστηρές και περιλαµβάνουν όρια ως προς τη χηµική σύσταση, τη συγκέντρωση οργανικών ρύπων και την εκχυλισιµότητα των µετάλλων [2] Τεχνικές προδιαγραφές χρήσης αδρανών υλικών σε έργα οδοποιίας στην Ελλάδα Κάθε οδόστρωµα αποτελείται γενικά από κάτω προς τα πάνω από τρία µέρη: την στρώση έδρασης, την υπόβαση και τη βάση από ασύνδετο υλικό καθώς και τις ασφαλτικές στρώσεις µέχρι την τελική στρώση κυκλοφορίας. Η υπόβαση µπορεί να γίνει µε λιθόστρωτο ή κροκάλες, φυσικό αµµοχάλικο, θραυστό υλικό και µε ισχνό σκυρόδεµα (Π.Τ.Π του Υπ. ηµ. Έργων [] ). Η βάση που είναι το κύριο µέρος του οδοστρώµατος µπορεί να γίνει µε θραυστό υλικό, λιθόστρωτο, σκυρόδεµα και σε ορισµένες περιπτώσεις και µε ασφαλτόµιγµα (Π.Τ.Π [] ). Η εκλογή του κατάλληλου κάθε φορά υλικού εξαρτάται κυρίως από τα χαρακτηριστικά του εδάφους της εκάστοτε περιοχής και από τη δαπάνη προµήθειας και µεταφοράς των αδρανών. Σηµειώνεται ότι καµία από τις πρότυπες τεχνικές προδιαγραφές δεν αποκλείει την χρήση ανακυκλωµένων αδρανών υλικών. Τα αδρανή σε όλες τις περιπτώσεις χρήσης πρέπει να έχουν συγκεκριµένες κοκκοµετρικές κατανοµές. Υπόβαση Το υλικό που πρόκειται να χρησιµοποιηθεί για την κατασκευή της υπόβασης πρέπει να αποτελείται από σκληρά, υγιή, ανθεκτικά τεµάχια []. Η φθορά σε τριβή και κρούση, προσδιοριζόµενη κατά την πρότυπη µέθοδο Los Angeles, του χονδρόκοκκου υλικού (+4.76 mm) δεν πρέπει να υπερβαίνει το 50%. Επίσης το κλάσµα mm θα πρέπει να έχει όριο υδαρότητος (Liquid Limit) µικρότερο του 25 και δείκτη πλαστικότητας (Plasticity Index) µικρότερο του 4. Τέλος, η ανθεκτικότητα σε αποσάθρωση (δοκιµή υγείας) θα πρέπει να µην υπερβαίνει το 2%. Βάση Το υλικό που πρόκειται να χρησιµοποιηθεί για την κατασκευή της βάσης, θα πρέπει να αποτελείται από σκληρά, υγιή, ανθεκτικά τεµάχια της προσδιοριζόµενης εκάστοτε κοκκοµετρικής σύνθεσης. Επίσης, το υλικό θα πρέπει να είναι καθαρό, οµοιόµορφης ποιότητας, συµπαγές, απαλλαγµένο φυτικών ή άλλων πάσης φύσεως προσµίξεων, όπως χώµατα, σβώλοι αργίλου κ.λ.π., περιβληµάτων οποιασδήποτε φύσεως, πλακοειδών, αποσαθρωµένων ή εύθρυπτων και σχιστολιθικών τεµαχίων. Οι κόκκοι θα πρέπει να είναι κατά το δυνατό κυβικής µορφής. Το όριο υδαρότητος πρέπει να είναι µικρότερο του 25 και ο δείκτης πλαστικότητας µικρότερος του 3. Η φθορά σε τριβή και κρούση, προσδιοριζόµενη κατά την πρότυπη µέθοδο Los Angeles, του χονδρόκοκκου υλικού (παραµένων του κοσκίνου 4.76 mm) δεν πρέπει να υπερβαίνει το ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002

5 50%. Επίσης το κλάσµα mm θα πρέπει να έχει όριο υδαρότητος µικρότερο του 25 και δείκτη πλαστικότητας µικρότερο του 3. Το κλάσµα mm πρέπει να έχει ισοδύναµο άµµου µεγαλύτερο του 50%. Τέλος, η ανθεκτικότητα σε αποσάθρωση (δοκιµή υγείας) θα πρέπει να µην υπερβαίνει το 2%. Ασφαλτικό σκυρόδεµα Όσον αφορά τις προδιαγραφές χρήσης αδρανών για ασφαλτικό σκυρόδεµα ισοπεδωτικών στρώσεων, η νοµοθεσία προβλέπει επιµέρους προδιαγραφές για το χονδρόκοκκο αδρανές (+2 mm), το λεπτόκοκκο κλάσµα (από 2 mm έως 75 µm), την παιπάλη (-75 µm) αλλά και για το µίγµα αυτών [2]. Το χονδρόκοκκο αδρανές (+2 mm), πρέπει να συνίσταται από θραυστούς λίθους ή χαλίκια και πρέπει να είναι καθαρό, οµοιόµορφης ποιότητας, συµπαγές, απαλλαγµένο από αποσαθρωµένα τεµάχια, σβώλους αργίλου, αργιλούχων επικαλύψεων και γενικότερα προσµίξεις που επηρεάζουν την ευστάθεια και την ανθεκτικότητα του ασφαλτοµίγµατος. Οι κόκκοι πρέπει να είναι κατά το δυνατόν κυβικής µορφής και η αναλογία των επιµήκων και των πλακοειδών να είναι ασήµαντη. Το λεπτόκοκκο αδρανές (-2mm + 75 µm) πρέπει να συνίσταται από φυσική ή θραυστή άµµο, ή από συνδυασµό τους. Πρέπει να αποτελείται από καθαρούς, ανθεκτικούς, τραχείας επιφάνειας γωνιώδεις κόκκους, απαλλαγµένους από σβώλους αργίλου ή άλλες επιβλαβείς ουσίες. Ειδικά για στρώσεις οδών βαριάς κυκλοφορίας δεν επιτρέπεται να χρησιµοποιείται µόνο ασβεστολιθική άµµος, αλλά µόνο σε συνδυασµό µε πυριτική άµµο. Το βάρος της παιπάλης (-75 µm), δεν θα πρέπει να υπερβαίνει το 3% του µίγµατος των αδρανών. Επίσης, αποκλείεται η οποιαδήποτε πρόσµιξη αργίλου. Η µέγιστη διάσταση κόκκου στο µίγµα των αδρανών πρέπει να είναι 2.7 mm και η κοκκοµετρία πρέ πει να έχει οµοιόµορφη κατανοµή. Η φθορά σε τριβή και κρούση (δοκιµή Los Angeles) δεν πρέπει να υπερβαίνει το 40%. Η ανθεκτικότητα σε αποσάθρωση (δοκιµή υγείας) δεν µπορεί να υπερβαίνει το 9% και το ισοδύναµο άµµου του κλάσµατος mm πρέπει να είναι µεγαλύτερο του 55. Συνοπτικά οι βασικότερες προδιαγραφές, ανά περίπτωση χρήσης, παρουσιάζονται στον Πίνακα. 3. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ Η µεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την εξέταση της καταλληλότητας των σκωριών Λαυρίου ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΩΝ Ι ΙΟΤΗΤΩΝ ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗΣ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ ΕΙ ΙΚΩΝ ΒΑΡΩΝ Φαινοµενο, µικτό φαινοµενο και σε κορεσµό ASTM C-27,28 ΕΙΚΤΗ ΦΘΟΡΑΣ οκιµή Los Angeles ASTM C-3 ΑΠΩΛΕΙΑΣ ΛΟΓΩ ΑΠΟΣΑΡΘΡΩΣΗΣ οκιµή Υγείας ASTM C-88 ΙΣΟ ΥΝΑΜΟΥ ΚΑΙ ΠΑΙΠΑΛΗΣ ΟΡΙΟΥ Υ ΑΡΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΕΙΚΤΗ ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΕΙΓΜΑΤΩΝ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΓΕΩΧΗΜΙΚΩΝ Ι ΙΟΤΗΤΩΝ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΟΡΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΝΟΛΙΚΗΣ ΕΠΙΒΑΡΥΝΣΗΣ Ε ΑΦΩΝ ΓΙΑ 0 ΕΤΗ ΧΗΜΙΚΗ ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ ιαδοχικές εκχυλίσεις 5 σταδίων ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑΣ U.S. EPA TCLP ΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΡΥΠΩΝ NEN 734 ΕΚΧΥΛΙΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ DIN 3844 S4 NEN 7343 (στήλη) NEN 7349 PrEN ΣΧΗΜΑ : Μεθοδολογία αξιολόγησης των σκωριών ως αδρανή για έργα οδοποιίας FIGURE : Methodology for the evaluation of slags as secondary materials in road construction works ΠΙΝΑΚΑΣ : Προδιαγραφές χρήσης αδρανών σε έργα οδοποιίας TABLE : Greek standard for the use of aggregates in road construction Υπόβαση Βάση Όριο υδαρότητος κλάσµατος 0.42 mm < 25 < 25 είκτης πλαστικότητας κλάσµατος 0.42 mm < 3 < 3 Ασφαλτικό Σκυρόδεµα οκιµή Los Angeles < 50% < 50% < 40% οκιµή Υγείας < 2% < 2% < 9% Κοκκοµετρία Καθορισµός ορίων ανά κοκκοµετρικό κλάσµα Ισοδύναµο άµµου κλάσµατος 4.75 mm > 40% > 50% > 55% ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002

6 ως αδρανή υλικά για έργα οδοποιίας παρουσιάζεται συνοπτικά στο Σχήµα. Όπως φαίνεται από το Σχήµα, η µεθοδολογία που ακολουθήθηκε πέραν του αρχικού σταδίου δειγµατοληψίας και προετοιµασίας δειγµάτων, περιλαµβάνει τον προσδιορισµό των γεωτεχνικών και γεωχηµικών χαρακτηριστικών των σκωριών. Τα αποτελέσµατα των γεωτεχνικών δοκιµών συγκρίθηκαν µε την υφιστάµενη Ελληνική νοµοθεσία χρήσης αδρανών υλικών σε έργα οδοποιίας, ενώ τα αποτελέσµατα των γεωχηµικών/περιβαλλοντικών δοκιµών συγκρίθηκαν αφενός µε τα αντίστοιχα όρια της κάθε δοκιµής, εφόσον υπάρχουν, και αφετέρου µε τα Ελληνικά όρια πόσιµου νερού και απόρριψης υγρών αποβλήτων σε υδάτινους αποδέκτες. Με βάση τα αποτελέσµατα των περιβαλλοντικών δοκιµών εφαρµόσθηκαν εξισώσεις προσδιορισµού της συνολικής επιβάρυνσης εδαφών για χρονικό διάστηµα 0 ετών από την εφαρµογή σκωριών ως αδρανή υλικά σε έργα οδοποιίας. Η συνολική αυτή επιβάρυνση συγκρίθηκε µε τα Ολλανδικά όρια συνολικής επιβάρυνσης, τα οποία προκύπτουν από το διάταγµα που αναφέρεται στην εφαρµογή υλικών στα δοµικά έργα (Building Materials Decree). Τα στάδια που ακολουθήθηκαν για την εξέταση της δυνατότητας χρήσης των σκωριών ως αδρανή υλικά στα έργα οδοποιίας παρουσιάζεται αναλυτικότερα στις επόµενες παραγράφους. 3.. ειγµατοληψία Προετοιµασία δειγµάτων Λόγω του µεγάλου όγκου των σκωριών ιδιοκτησίας του ήµου Λαυρίου δηµιουργήθηκε αρχικά ένας σωρός µε µεταφορά υλικού µε φορτωτή από τα διάφορα σηµεία της απόθεσης. Στη συνέχεια µε τη µέθοδο του σταυρού και τη χρήση του φορτωτή λήφθηκε αντιπροσωπευτικό δείγµα συνολικού βάρους 250 kg. Στο δείγµα έγινε κοκκοµετρική ανάλυση και στη συνέχεια θραύση ή/και λειοτρίβηση έτσι ώστε να προκύψει υλικό κατάλληλης κοκκοµετρίας για την εκτέλεση των πειραµατικών αναλύσεων και των περιβαλλοντικών και γεωτεχνικών δοκιµών Γεωτεχνικές δοκιµές Οι γεωτεχνικές δοκιµές εκτελέσθηκαν από εξωτερικό εργαστήριο ποιοτικού ελέγχου σκυροδέµατος και δοµικών υλικών και περιλαµβάνουν: µέτρηση ειδικού βάρους, προσδιορισµό της κοκκοµετρικής κατανοµής, δοκιµή απορροφητικότητας, δοκιµή Los Angeles, δοκιµή υγείας, δοκιµή ισοδυνάµου άµµου και δοκιµή προσδιορισµού παιπάλης. Το όριο υδαρότητας και ο δείκτης πλαστικότητας δεν κρίθηκε σκόπιµο να µελετηθούν, δεδοµένου ότι οι σκωρίες δεν έχουν τέτοιες ιδιότητες Προσδιορισµός γεωχηµικών ιδιοτήτων Για τον προσδιορισµό των γεωχηµικών ιδιοτήτων των σκωριών έγιναν χηµικές και ορυκτολογικές αναλύσεις, δοκιµές προσδιορισµού της κατανοµής των στοιχείων σε διάφορα κλάσµατα και δοκιµές προσδιορισµού εκχυλισιµότητας. εδοµένης της απουσίας Ελληνικών περιβαλλοντικών προδιαγραφών για την χρήση αδρανών σε έργα οδοποιίας, επιλέχθηκαν ορισµένες γενικές δοκιµές περιβαλλοντικού χαρακτηρισµού που εφαρµόζονται σε διάφορες χώρες καθώς επίσης ειδικές δοκιµές που αφορούν χρήση υλικών σε δοµικά έργα, οι συνθήκες των οποίων συνοψίζονται στον Πίνακα 2. Χηµικές και ορυκτολογικές αναλύσεις Η χηµική ανάλυση των στερεών δειγµάτων έγινε µετά από διαλυτοποίηση τους και µέτρηση της συγκέντρωσης των ιόντων στο διάλυµα µε τη µέθοδο της φασµατοσκοπίας ατοµικής απορρόφησης (Perkin Elmer 20). Η µέτρηση των ιχνοστοιχείων στα υδατικά διαλύµατα έγινε µε την χρήση φούρνου γραφίτη. Ο προσδιορισµός του ολικού S πραγµατοποιήθηκε µε τη συσκευή LECO HF 20. Οι ορυκτολογικές αναλύσεις των δειγµάτων έγιναν µε περιθλασίµετρο ακτίνων Χ (XRD, Siemens D5000 µε λυχνία Cu), οπτικό µικροσκόπιο και ηλεκτρονικό µικροσκόπιο σάρωσης. Προσδιορισµός της κατανοµής των ρύπων Πριν την εκτέλεση των δοκιµών εκχυλισιµότητας / διαθεσιµότητας εφαρµόσθηκε η δοκιµή σταδιακών εκχυλίσεων 5 σταδίων (5-stage Sequential Extraction Procedure) για να προσδιορισθεί η κατανοµή των µετάλλων σε ευδιάλυτες / διαθέσιµες µορφές και σε σταθερές / αδρανείς µορφές [3]. Η δοκιµή αυτή περιλαµβάνει τη σταδιακή εκχύλιση του δείγµατος µε κατάλληλα επιλεγµένα εκχυλιστικά µέσα. Στην µέθοδο αυτή εφαρµόζονται πέντε στάδια εκχύλισης κατά τα οποία προσδιορίζονται τα ακόλουθα κλάσµατα: εναλλαγής, ανθρακικό, αναγώγιµο, οξειδώσιµο και υπόλειµµα. Στο κλάσµα εναλλαγής περιλαµβάνονται τα µεταλλοκατιόντα που συγκρατούνται µε απλούς µηχανισµούς ιονεναλλαγής επιφανειακά στο δείγµα. Στο ανθρακικό κλάσµα περιλαµβάνονται τα µεταλλοκατιόντα που βρίσκονται δεσµευµένα στις ανθρακικές ενώσεις του δείγµατος, 2 ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002

7 ΠΙΝΑΚΑΣ 2: Συνθήκες δοκιµών εκχύλισης TABLE 2: Leaching test conditions οκιµή Είδος οκιµής Εκχυλιστικό µέσο ph Λόγος υγρού / στερεού L/S (l/kg) Kοκκοµετρί α δείγµατος ιάρκεια TCLP NEN 734 DIN 3844-S4 batch batch (2 στάδια) batch CH 3 COOH/ CH 3 COONa Aπιονισµένο νερό + HNO 3 Aπιονισµένο νερό NEN 7343 στήλη ιάλυµα ΗΝΟ 3 NEN 7349 pren pren pren batch (5 στάδια) batch batch batch (2 στάδια) 2.88 ή και mm 24 ώρες µm 3 ώρες για κάθε στάδιο - mm 24 ώρες, 0.2, 0.5,, 2, 5, ιάλυµα ΗΝΟ 3 20 ανά στάδιο -4 mm Aπιονισµένο νερό Aπιονισµένο νερό Aπιονισµένο νερό -4 mm 2 ηµέρες 24 ώρες για κάθε στάδιο 2-4 mm 24 ώρες -4 mm 24 ώρες 2/8-4 mm 6 και 6 ώρες ενώ το αναγώγιµο κλάσµα περιλαµβάνει κυρίως τα οξείδια. Το οξειδώσιµο κλάσµα περιλαµβάνει τα µεταλλοκατιόντα που βρίσκονται στη µορφή οξειδώσι- µων χηµικών ενώσεων και τέλος στο υπόλειµµα παραµένουν οι σταθερές µορφές των µετάλλων. Προσδιορισµός της τοξικότητας Εφαρµόσθηκε η δοκιµή Toxicity Characteristics Leaching Procedure (TCLP) η οποία αναπτύχθηκε το 986 από την Υπηρεσία Περιβάλλοντος των ΗΠΑ (US Environmental Protection Agency) [4] για τον προσδιορισµό της τοξικότητας υλικών που πρόκειται να αποτεθούν σε χώρους ταφής αστικών απορριµµάτων. Παρά το γεγονός ότι τα εξεταζόµενα σενάρια χρήσης των σκωριών δεν προβλέπουν συνθήκες όµοιες µε αυτές για τις οποίες έχει σχεδιασθεί η δοκιµή TCLP, εντούτοις χρησιµοποιήθηκε για τον έλεγχο της τοξικότητας των σκωριών στο χείριστο σενάριο συναπόθεσης µε αστικά απορρίµµατα. Το εκχυλιστικό µέσο που χρησιµοποιείται επιλέγεται µε βάση το δυναµικό εξουδετέρωσης του δείγµατος και είναι διάλυµα οξικού οξέος µε ph 2.88 ή ρυθµιστικό διάλυµα οξικού οξέος και καυστικού νατρίου µε ph 4.93 (Πίνακας 2). Προσδιορισµός της µέγιστης διαθεσιµότητας των στοιχείων Εφαρµόσθηκε η Ολλανδική δοκιµή ΝΕΝ 734 [5] µε την οποία προσδιορίζεται η µέγιστη διαθεσιµότητα προς εκχύλιση των περιεχοµένων στοιχείων σε δο- µικά υλικά και απορρίµµατα. Εφαρµόζονται δύο στάδια εκχύλισης κατά τα οποία προστίθεται διάλυµα νιτρικού οξέος για τη ρύθµιση του ph σε τιµές 7 και 4. Οι συγκεντρώσεις των στοιχείων στο διάλυµα εκχύλισης ανάγονται σε τιµές διαθεσιµότητας µε βάση τον παρακάτω τύπο: U avail c (2 Vo + V+ V2) = f m( g) () όπου: U vail η διαθεσιµότητα του στοιχείου (mg/kg) c η µετρούµενη συγκέντρωση του στοιχείου στο διήθηµα (µg/l) V o ο όγκος του απιονισµένου νερού στο πρώτο στάδιο (ml) ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002 3

8 V ο όγκος του HNO 3 που προστέθηκε στο πρώτο στάδιο (ml) V 2 ο όγκος του HNO 3 που προστέθηκε στο δεύτερο στάδιο (ml) m η µάζα του εξεταζόµενου δείγµατος (g) g η περιεχόµενη υγρασία (g/g) f συντελεστής µετατροπής µονάδων (00 µg/mg) Με βάση την ποσότητα του οξέος που καταναλώνεται το δείγµα χαρακτηρίζεται και ως προς την δυνατότητά του να καταναλώσει οξύτητα, σύµφωνα µε τον τύπο: V + V2 ANC = f c( HNO3 ) (2) m ( g) όπου: ANC το δυναµικό κατανάλωσης οξύτητας (Acid Neutralising Capacity) (mol/kg ξηρού υλικού) c(hno 3 ) η συγκέντρωση του νιτρικού οξέος (mol/l) f συντελεστής µετατροπής µονάδων ( ml.kg/l.g) οκιµές εκχυλισιµότητας οκιµή DIN 3844 S4 Στην πρότυπη Γερµανική δοκιµή DIN 3844 S4 [6], διερευνάται η εκχυλισιµότητα των στοιχείων σε απιονισµένο νερό σε ένα στάδιο σε συνθήκες που περιγράφονται στον Πίνακα 2. Στην περίπτωση που µετρηθούν αυξηµένες συγκεντρώσεις, διεξάγεται και νέο στάδιο εκχύλισης υπό την ίδια διαδικασία. Από τις τιµές των συγκεντρώσεων για κάθε στοιχείο υπολογίζεται το εκχυλίσιµο κλάσµα τους σύµφωνα µε τη σχέση: β VE w ES = (3) m όπου: w ES β V E m s S το εκχυλίσιµο κλάσµα του στοιχείου (mg/kg) η µετρούµενη συγκέντρωση του στοιχείου (mg/l) ο όγκος του διηθήµατος (l), και η µάζα του εξεταζόµενου δείγµατος (kg). οκιµή σε στήλη κατά ΝΕΝ 7343 Πρόκειται για Ολλανδική δοκιµή [9] που χρησιµοποιείται για τη προσοµοίωση της εκχύλισης υλικών για µικρό και µέσο χρόνο έκθεσης (<50 έτη). Η δοκιµή διεξάγεται σε στήλη για χρονικό διάστηµα 2 ηµερών κατά το οποίο συλλέγονται 7 εκχυλίσµατα σε λόγους L/S = - l/kg. Ως εκχυλιστικό µέσο χρησιµοποιείται διάλυµα νιτρικού οξέος µε ph 4. Η παροχή του εκχυλιστικού διαλύµατος καθορίζεται από την µάζα του δείγµατος και γίνεται µε φορά από κάτω προς τα πάνω µε την βοήθεια αντλίας. Στην υπερχείλιση λαµβάνονται δείγµατα καθορισµένου όγκου, που αντιστοιχούν σε,, 0.3, 0.5,, 3, 5 και φορές του βάρους του στερεού. Τα υγρά δείγµατα αναλύονται ως προς τα περιεχόµενα µέταλλα, ενώ µετριέται το ph και η αγωγιµότητα. Ο προσδιορισµός της διαθεσιµότητας των στοιχείων, για κάθε στάδιο, γίνεται µε βάση τη σχέση: U col, i V c = i i m o f (4) όπου: U col,i η διαθεσιµότητα του στοιχείου στο στάδιο i (mg/kg) c i η συγκέντρωση στοιχείου στο στάδιο i (µg/l) m o η µάζα του στερεού δείγµατος επί ξηρού (kg) V i ο όγκος του διαλύµατος που λαµβάνεται σε κάθε στάδιο (l) f συντελεστής αναγωγής διαστάσεων (00 mg/µg) οκιµή ΝΕΝ 7349 Πρόκειται επίσης για Ολλανδική δοκιµή [5] η οποία χρησιµοποιείται για τη προσοµοίωση της εκχύλισης των υλικών για µεγάλο χρόνο έκθεσης. Στην δοκιµή αυτή εφαρµόζονται 5 διαδοχικές εκχυλίσεις του υλικού µε διάλυµα νιτρικού οξέος. Τα διαλύµατα εκχύλισης αναλύονται ως προς την συγκέντρωση των στοιχείων και µετριέται το ph και η αγωγιµότητά τους. Από τις τιµές των συγκεντρώσεων των στοιχείων υπολογίζεται το κλάσµα του κάθε µετάλλου που εκχυλίστηκε σύµφωνα µε τη σχέση: U ic όπου: U ic c i c o m o V i Vi ci co = (5) m 00 o το κλάσµα του στοιχείου που εκχυλίστηκε στο στάδιο i (mg/kg) η µετρούµενη συγκέντρωση του στοιχείου (µg/l) η µετρούµενη συγκέντρωση των µετάλλων στο τυφλό δείγµα (µg/l) η µάζα του εξεταζόµενου δείγµατος (kg) ο όγκος του διαλύµατος για κάθε στάδιο (l) 4 ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002

9 οκιµή pren2457-,2,3 H δοκιµή αναπτύχθηκε από επιτροπή εµπειρογνω- µόνων της Ευρωπαϊκής Ένωσης (CEN/TC 292) ενώ µέχρι και σήµερα βρίσκεται υπό βελτιστοποίηση [8-20]. Η δοκιµή περιλαµβάνει τρία επιµέρους µέρη όπου εξετάζεται η εκχυλισιµότητα των µετάλλων µε απιονισµένο νερό. Στο πρώτο µέρος ο λόγος L/S είναι 2 l/kg, στο δεύτερο µέρος 8 l/kg, ενώ το τρίτο µέρος περιλαµβάνει δύο διαδοχικά στάδια για λόγους 2 (διάρκεια σταδίου 6 ώρες) και 8 l/kg (διάρκεια σταδίου 6 ώρες). Σε κάθε στάδιο διαχωρίζεται το στερεό από το υγρό και το προκύπτον διάλυµα αναλύεται ως προς την συγκέντρωση των στοιχείων και µετράται το ph η αγωγιµότητα και το δυναµικό του. Από τις τιµές των συγκεντρώσεων των στοιχείων υπολογίζεται το κλάσµα του κάθε µετάλλου που εκχυλίστηκε. 4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 4.. Γεωτεχνικές δοκιµές υλικών οδοστρωσίας Τα αποτελέσµατα της κοκκοµετρικής κατανοµής του υλικού παρουσιάζονται στον Πίνακα 3. Όπως φαίνεται από τον πίνακα αυτό, η σκωρία συνίσταται από ιδιαιτέρως χονδροµερή τεµάχια γεγονός που επιβάλλει τη θραύση της προκειµένου να µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως υλικό οδοποιίας. ΠΙΝΑΚΑΣ 3: Κοκκοµετρική κατανοµή σκωριών Λαυρίου. TABLE 3: Particle size distribution of Lavrion slags Κλάσµα % +2 cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm 0. Σύνολο 0 Όσον αφορά τις δοκιµές υλικών οδοστρωσίας, τα αποτελέσµατα έδειξαν ότι η σκωρία έχει φαινόµενο ειδικό βάρος (ASTM C-27 & ASTM C-28) 3.47 t/m 3, µικτό φαινόµενο ειδικό βάρος 3.43 t/m 3 και ειδικό βάρος σε κορεσµό 3.44 t/m 3. H δοκιµή απορροφητικότητας κυµάνθηκε σε ιδιαίτερα χαµηλά επίπεδα (0.3%), ενώ ο δείκτης φθοράς στη δοκιµή Los Angeles (ΑSTM C-3) ήταν 20.4%, τιµή ιδιαίτερα ικανοποιητική για την χρήση της σκωρίας ακόµη και σε οδοστρώµατα πολύ βαριάς κυκλοφορίας. Η επί τοις εκατό απώλεια λόγω αποσάθρωσης στην δοκιµή υγείας (ASTM C-88) για κοκκοµετρικό κλάσµα µεγαλύτερο της άµµου (παραµένων κοσκίνου Νο. 4 (4.75 mm)) ήταν 0.3, ενώ για το κλάσµα της άµµου 3. %. οκιµή ΠΙΝΑΚΑΣ 4: Αποτελέσµατα γεωτεχνικών δοκιµών TABLE 4: Geotechnical test results Αποτελέσµατα Los Angeles (Φθορά %) ΑSTM C οκιµή Υγείας (% Απώλεια) ASTM C-88 (+) Νο (-) Νο.4 3. Ειδικά Βάρη (t/m 3 ) ΑSTM C-27&28 α. Φαινόµενο Ε.Β β. Μικτό φαινόµενο Ε.Β γ. Ε.Β σε κορεσµό Ισοδύναµο άµµου 0 Yγρασία Απορροφητικότητας (%) 0.3 Γενικά, η σύγκριση των αποτελεσµάτων των γεωτεχνικών δοκιµών υλικών οδοστρωσίας µε τις αντίστοιχες προδιαγραφές (Πίνακας 2) έδειξε ότι η σκωρία Λαυρίου πληροί πέραν της κοκκοµετρικής της κατανοµής όλες τις προδιαγραφές για χρήση της ως αδρανές υλικό σε έργα οδοποιίας Προσδιορισµός των γεωχηµικών ιδιοτήτων Χηµική και ορυκτολογική ανάλυση Η χηµική ανάλυση έδειξε ότι οι σκωρίες περιέχουν κυρίως Fe (22.9 % κ.β.), Ca (8.32 %), Αl (4.22%), Zn (4.57%), Mn (2.36%) και αδιάλυτες πυριτικές ενώσεις (3%). Η περιεκτικότητα του Pb ήταν 0.66%, του As 0.04%, του S 0.85% και του Cd 0.20 mg/kg (Πίνακας 5). Ο δείκτης βασικότητας (Basicity Index, BI) [2], που ορίζεται ως ο λόγος των συγκεντρώσεων (CaO+MgO)/SiO 2 βρέθηκε ίσος µε 0.45, γεγονός που υποδηλώνει ότι πρόκειται για όξινη σκωρία (λόγος < ). ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002 5

10 ΠΙΝΑΚΑΣ 5: Χηµική ανάλυση σκωριών Λαυρίου. TABLE 5: Chemical analysis of the Lavrion slags Στοιχείο Περιεκτικότητα (%) Al 4.22 Cu 0.04 Fe 22.9 Zn 4.57 Mg.32 Ca 8.32 Pb 0.66 As 0.04 Cd (ppm) 0.20 Mn 2.36 Cr S 0.85 Αδιάλυτα 3.00 Η ορυκτολογική ανάλυση έδειξε ότι οι σκωρίες αποτελούνται κυρίως από υαλώδη φάση, Αl-Ca-Feούχο πυριτική φάση που ταυτίζεται σε ικανοποιητικό βαθµό µε τον εσσενίτη (CaFe 3 AlSiO 6 ) και ολιβίνη. Σε µικρότερα ποσοστά βρέθηκαν βιοτίτης, σφαλερίτης, γαληνίτης και σπινέλιοι. Η µεγαλύτερη ποσότητα του µολύβδου βρέθηκε στην υαλώδη φάση η οποία περιέχει 26-42% SiO 2, 8-2% Al 2 O 3, 5-20% FeO, -3% PbO και 3-8% ZnO. Στην Αl-Ca-Fe-ούχο πυριτική φάση δεν περιέχεται PbO ενώ η περιεκτικότητα της σε ZnO ήταν 3-5%. Ο Zn βρέθηκε σε όλες τις φάσεις και συγκεκριµένα η υαλώδης φάση περιέχει 3-8% ZnO, η Al-Ca-Fe-ούχος πυριτική φάση 3-5%, ο βιοτίτης 2-3%, ο ολιβίνης 4-7% και ο σπινέλιος 24%. Κατανοµή των ρύπων Τα αποτελέσµατα της δοκιµής σταδιακών εκχυλίσεων (Πίνακας 6) έδειξαν ότι το ποσοστό εξαγωγής του Pb, Zn και As κατά το πρώτο στάδιο εκχύλισης (ευδιάλυτο κλάσµα εναλλαγής) ήταν ΠΙΝΑΚΑΣ 6: Κατανοµή ρύπων στα κλάσµατα (%) TABLE 6: Speciation of contaminants (%) Κλάσµα Pb Zn As Cd Εναλλαγής Ανθρακικό Αναγώγιµο Οξειδώσιµο Υπόλειµµα πολύ µικρό, ενώ του Cd ήταν σηµαντικό (8.9%). Το µεγαλύτερο κλάσµα του Pb σχετίζεται µε οξείδια και εξάγεται κατά το τρίτο στάδιο εκχύλισης (αναγώγιµο κλάσµα). Το µεγαλύτερο ποσοστό του περιεχοµένου στις σκωρίες Zn, As και Cd σχετίζεται µε δυσδιάλυτες ενώσεις που εξάγονται στα τρία τελευταία στάδια. Προσδιορισµός της τοξικότητας Τα αποτελέσµατα όλων των δοκιµών εκχυλισιµότητας εκφρασµένα σε συγκέντρωση στοιχείων στο διάλυµα εκχύλισης (σε µονάδες µg/l), αλλά και σε διαθεσιµότητα στοιχείων (mg/kg), δίδονται στον Πίνακα 7. Όπως προκύπτει από τον Πίνακα αυτό, η εκχυλισιµότητα του Pb σύµφωνα µε τη δοκιµή τοξικότητας TCLP ήταν περίπου 6 mg/l, τιµή υπερτριπλάσια των ανώτερων επιτρεπτών ορίων (Πίνακας 8). Η συγκέντρωση των άλλων στοιχείων στο διάλυµα εκχύλισης ήταν µικρότερη από τα αντίστοιχα όρια TCLP. Με βάση λοιπόν τη δοκιµή TCLP το υλικό χαρακτηρίζεται ως τοξικό. Εντούτοις, έχει διατυπωθεί από πολλούς ερευνητές [4,22], ότι η δοκιµή TCLP υπερεκτιµά την εκχυλισιµότητα του Pb λόγω της µεγάλης χηµικής συγγένειας του µε τα οξικά ανιόντα του εκχυλιστικού µέσου και συνεπώς δεν θεωρείται ως κατάλληλη για το χαρακτηρισµό των σκωριών µεταλλουργίας Pb. ΠΙΝΑΚΑΣ 8: Όρια τοξικότητας, απόρριψης σε υδάτινους αποδέκτες και πόσιµου νερού (σε µg/l) TABLE 8: TCLP limits and Greek limits of effluents discharge and potable water (µg/l) Στοιχείο TCLP Όρια απόρριψης σε υδάτινους αποδέκτες [23] Όρια πόσιµου νερού [24] Ag Al As Ba Cd Cr (III) Cu Hg Mn Ni Pb Se Zn ph Αγωγ (µs/cm) ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002

11 ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/ οκιµή ph ΠΙΝΑΚΑΣ 7: Αποτελέσµατα δοκιµών εκχύλισης TABLE 7: Leaching tests results Pb Cd As Zn Cu Cr Αγωγ. Συγκ. ιαθ. Συγκ. ιαθ. Συγκ. ιαθ. Συγκ. ιαθ. Συγκ. ιαθ. Συγκ. ιαθ. µs/cm) (µg/l) (mg/kg) (µg/l) (mg/kg) (µg/l) (mg/kg) (µg/l) (mg/kg) (µg/l) (mg/kg) (µg/l) (mg/kg) TCLP DIN 3844 S < 0.50 <0.005 ΝΕΝ NEN 7349 Στάδιο ο < 0.50 < Στάδιο 2ο < 0.50 < Στάδιο 3ο < 0.50 < Στάδιο 4ο < 0.50 < Στάδιο 5ο < 0.50 < NEN7343 Στάδιο ο x x x x x -4 Στάδιο 2ο x x x x x -5 Στάδιο 3ο x -3 < 0.2 < 6 x x x x -3 < 0.50 < x -5 Στάδιο 4ο x -3 < 0.2 < 6 x x x x -4 < 0.50 < x -5 Στάδιο 5ο x -3 < 0.2 < 6 x x x -3 < < 5.2 x -4 < 0.50 < x -5 Στάδιο 6ο x -3 < 0.2 < 6 x x -3 < 0.50 < x -5 Στάδιο 7ο x -3 < 0.2 < 6 x x -3 < 0.50 < x -5 pren < 0.50 <0.00 pren < 0.50 < 0.05 pren Στάδιο ο < 0.50 < Στάδιο 2ο < < 0.50 < 0.05

12 Μέγιστη διαθεσιµότητα στοιχείων Σύµφωνα µε τη δοκιµή NEN 734 η διαθεσιµότητα του Pb, As και Zn των σκωριών του Λαυρίου ήταν σχετικά υψηλότερη από αυτήν των άλλων στοιχείων (Πίνακας 7). Επειδή οι συνθήκες της δοκιµής ΝΕΝ 734 είναι πολύ ισχυρές (λειοτριβηµένο δείγµα σκωριών προσβάλλεται µε διάλυµα ΗΝΟ 3 ρυθµιζό- µενο σε ph 4) εκχυλίζεται µεγάλο ποσοστό των περιεχοµένων στοιχείων. Τα αποτελέσµατα της συγκέντρωσης στοιχείων στο διάλυµα εκχύλισης δεν συγκρίνονται µε όρια, όπως το όριο απόρριψης σε υδάτινους αποδέκτες ή το όριο πόσιµου νερού, αλλά χρησιµοποιούνται µόνο στα µοντέλα εκτίµησης της συνολικής επιβάρυνσης των εδαφών από την χρήση των σκωριών σε δοµικά έργα. Εκχυλισιµότητα στοιχείων οκιµή DIN 3844 S4 Οι τιµές εκχυλισιµότητας στοιχείων σύµφωνα µε τη δοκιµή DIN 3844 S4 (Πίνακας 7), καθώς επίσης και των φυσικοχηµικών παραµέτρων του διαλύµατος (ph, αγωγιµότητα) συγκρίθηκαν µε τα Γερµανικά όρια κατάταξης υλικών. Σύµφωνα µε αυτά, ένα υλικό κατατάσσεται σε µια από τις κατηγορίες απόθεσης που παρουσιάζονται στον Πίνακα 9, εάν οι τιµές συγκέντρωσης µιας οµάδας στοιχείων είναι µικρότερες από τα αντίστοιχα όρια που δίδονται στον Πίνακα. Σηµειώνεται ότι σε κάθε κατηγορία απόθεσης αντιστοιχούν και ορισµένες δυνατότητες χρήσης των υλικών. Η κατηγορία µε άνω όριο το Z (ανοικτή απόθεση µε περιορισµούς), χωρίζεται περαιτέρω σε δύο υποκατηγορίες µε όρια τα Z. και Z.2 (Πίνακας ). Η διαφοροποίηση έγκειται στο είδος των µέτρων προστασίας που πρέπει να ληφθούν στην κάθε µια από τις δύο αυτές υποκατηγορίες. Η σύγκριση των αποτελεσµάτων της δοκιµής DIN 3844 S4 µε τα Γερµανικά όρια απόθεσης δείχνει ότι οι τιµές συγκέντρωσης Pb, As, Cd και Zn στο εκχύλισµα είναι µικρότερες από τις αντίστοιχες τιµές του ορίου Ζ.2. Με βάση τη σύγκριση αυτή, οι σκωρίες κατατάσσονται στην κατηγορία της περιορισµένης ανοικτής απόθεσης. ΠΙΝΑΚΑΣ 9: Γερµανικές κατηγορίες απόθεσης TABLE 9: German deposition classes Z 0 Z Z 2 Z 3 Z 4 Z 5 Απόθεση χωρίς περιορισµούς Ανοικτή απόθεση µε περιορισµούς Ανοικτή απόθεση µε περιορισµούς και µέτρα προστασίας Χώρους Ταφής αποβλήτων Κατηγορία Ι Χώρους Ταφής αποβλήτων Κατηγορία ΙΙ Χώρους Ταφής επικίνδυνων αποβλήτων Προκατεργασία ΠΙΝΑΚΑΣ : Γερµανικά όρια κατάταξης υλικών TABLE : German leachate limits for materials classification Παράµετρος Μονάδες Z 0 Z. Z.2 Z 2 Z 3 Z 4 Z 5 ph Αγωγιµότητα µs/cm As µg/l Cd µg/l Cr µg/l (VI) 0 (VI) 500 (VI) Cu µg/l Hg µg/l Ni µg/l Pb µg/l Zn µg/l ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002

13 Στις δυνατότητες χρήσης υλικών που κατατάσσονται στην κατηγορία αυτή συµπεριλαµβάνεται η κατασκευή δρόµων. Το γεγονός όµως ότι γίνεται υπέρβαση των ορίων Z. επιβάλλει την εφαρµογή και επιπλέον µέτρων προστασίας. Περαιτέρω σύγκριση των τιµών συγκεντρώσεων των στοιχείων του διαλύµατος εκχύλισης µε τα όρια απόρριψης σε υδάτινους αποδέκτες και όρια πόσιµου νερού (Πίνακας 8), δείχνει ότι η συγκέντρωση των στοιχείων στο διάλυµα είναι µικρότερη ακόµα και από τα όρια του πόσιµου νερού. Εξαίρεση αποτελεί η συγκέντρωση Pb, η οποία είναι οριακά ανώτερη από το όριο πόσιµου νερού. Αποτελέσµατα δοκιµών ΝΕΝ 7343, ΝΕΝ 7349 και pren2457-,2,3 Τα αποτελέσµατα των δοκιµών αυτών συνοψίζονται στον Πίνακα 7. Η σύγκριση των τιµών συγκέντρωσης µε τα όρια απόρριψης σε υδάτινους αποδέκτες δείχνει ότι υπάρχει υπέρβαση των ορίων απόρριψης µόνο ως προς τη συγκέντρωση του Pb στο διάλυµα εκχύλισης της δοκιµής ΝΕΝ Επίσης, σε όλες τις δοκιµές, η συγκέντρωση του Pb στο διάλυµα εκχύλισης ήταν µεγαλύτερη από τα όρια πόσιµου νερού. Σηµειώνεται ότι για τις ως άνω δοκιµές δεν υπάρχουν όρια συγκέντρωσης στοιχείων για άµεση σύγκριση των αποτελεσµάτων εκχύλισης. 4.4 Ανάλυση αποτελεσµάτων Τα αποτελέσµατα της σύγκρισης των τιµών συγκέντρωσης στοιχείων στο διάλυµα εκχύλισης µε τα όρια TCLP, απόρριψης σε υδάτινους αποδέκτες και πόσι- µου νερού συνοψίζονται στον Πίνακα. Όπως φαίνεται από τον Πίνακα, υπάρχει σηµαντική διαφοροποίηση των αποτελεσµάτων των δο κιµών. Προκειµένου να γίνει συγκριτική αξιολόγηση των αποτελεσµάτων των περιβαλλοντικών δοκιµών, οι τιµές συγκέντρωσης µετατράπηκαν σε τιµές διαθεσιµότητας στοιχείων και παρουσιάσθηκαν γραφικά (Σχήµα 2) τα αποτελέσµατα της διαθεσιµότητας ή της αθροιστικής διαθεσιµότητας (εφόσον εφαρµόσθηκαν διαδοχικές προσβολές) ως προς το λόγο υγρού/στερεού (L/S). Για λόγους σύγκρισης των τι- µών στο διάγραµµα σχεδιάσθηκαν και οι ολικές συγκεντρώσεις των στοιχείων στις σκωρίες, καθώς επίσης και τα αποτελέσµατα του πρώτου (εναλλάξιµο) και των δύο πρώτων σταδίων (εναλλάξιµο + ανθρακικό) της δοκιµής των σταδιακών εκχυλίσεων (οριζόντιες γραµµές). Όπως φαίνεται από το Σχήµα 2, υπάρχει σηµαντική µεταβολή των τιµών εκχυλισιµότητας των στοιχείων σε συνάρτηση µε το λόγο L/S. Για µεγάλους λόγους L/S η εκχυλισιµότητα των στοιχείων Pb, Zn και Cd προσεγγίζει ή είναι ελαφρώς µεγαλύτερη από το κλάσµα εναλλαγής. Η µορφή της καµπύλης της διαθεσι- µότητας ως προς τον λόγο L/S είναι ίδια για όλα τα στοιχεία που εξετάσθηκαν, γεγονός που υποδηλώνει ότι ισχύει ο ίδιος µηχανισµός εκχύλισης. Τα αποτελέσµατα της εκχυλισιµότητας που προέκυψαν από τη δοκιµή σε στήλη, ταυτίζονται µε αυτά των δοκιµών σε δονούµενες φιάλες (δοκιµές DIN 3844 S4, NEN 7349 και pren 2457), µε εξαίρεση τα στοιχεία As και Cd στα οποία η δοκιµή σε στήλη έδωσε αντίστοιχα µεγαλύτερη και µικρότερη εκχυλισιµότητα. Στην περίπτωση των δοκιµών TCLP και ΝΕΝ 734, λόγω των εντονότερων συνθηκών εκχύλισης, η εκχυλισιµότητα Pb, Zn, Cd και As ήταν µεγαλύτερη του ΠΙΝΑΚΑΣ : Αποτελέσµατα σύγκρισης τιµών συγκεντρώσεων στοιχείων µε όρια TABLE : Comparison of leaching test results with various limits Σύγκριση µε όρια οκιµή TCLP Απόρριψης σε υδάτινους αποδέκτες Πόσιµου Νερού ΤCLP Υπέρβαση (Pb) - - DIN 3844-S4 Μη υπέρβαση Οριακή υπέρβαση (Pb) NEN NEN 7349 Υπέρβαση (Pb) Υπέρβαση (Pb) NEN 7343 (στήλη) Μη υπέρβαση Υπέρβαση (Pb, As) pren2457- Μη υπέρβαση Υπέρβαση (Pb) pren Υπέρβαση (Pb) Υπέρβαση (Pb) pren Μη υπέρβαση Υπέρβαση (Pb) ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002 9

14 ιαθεσιµότητα (mg/kg) ιαθεσιµότητα (mg/kg) Λόγος L/S Λόγος L/S Pb Cd ιαθεσιµότητα (mg/kg) ιαθεσιµότητα (mg/kg) Λόγος L/S Λόγος L/S Zn As ιαθεσιµότητα (mg/kg) Λόγος L/S Cu TCLP DIN 3844-S4 NEN 734 NEN 7343 NEN 7349 pren 2457 Ολική συγκέντρωση ιαδοχικές εκχυλίσεις (ο+2ο στάδιο) ιαδοχικές εκχυλισεις (ο στάδιο) ΣΧΗΜΑ 2: Αθροιστική διαθεσιµότητα στοιχείων σε συνάρτηση µε το λόγο υγρού/στερεού για τις διάφορες δοκιµές FIGURE 2: Cumulative availability of elements vs. the Liquid to Solid ratio for the different leaching tests κλάσµατος εναλλαγής αλλά ταυτόχρονα µικρότερη του αθροίσµατος των κλασµάτων εναλλαγής και ανθρακικού που αντιπροσωπεύουν τα πλέον ευδιάλυτα κλάσµατα. 5. ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΝΟΛΙΚΗΣ ΕΠΙΒΑΡΥΝ- ΣΗΣ ΤΩΝ Ε ΑΦΩΝ Όπως έχει αναφερθεί οι δοκιµές εκχύλισης έδωσαν αντικρουόµενα και κατά συνέπεια µη ασφαλή αποτελέσµατα για την περιβαλλοντική αξιολόγηση της δυνατότητας χρήσης των σκωριών σε έργα οδοποιίας. Με δεδοµένη την έλλειψη σχετικής Ευρωπαϊκής νοµοθεσίας που να υποστηρίζεται από συγκεκριµένες µεθόδους και όρια αποτίµησης, εξετάσθηκε η δυνατότητα αξιοποίησης της σκωρίας σύµφωνα µε την Ολλανδική νοµοθεσία, η οποία θεωρείται ως η πληρέστερη στην Ευρωπαϊκή Ένωση. Σύµφωνα µε την Ολλανδική νοµοθεσία, η εφαρµογή οποιουδήποτε δευτερογενούς υλικού ως δοµικού δεν θα πρέπει να προκαλεί για χρονικό ορίζοντα 0 ετών συνολική επιβάρυνση των εδαφών µεγαλύτερη από το % των συνιστώµενων ορίων εδαφών (target values). Με βάση την αρχή αυτή προκύπτουν οριακές τιµές εκποµπών ανά m 2 εδάφους και ανά ρύπο που δίδονται στον Πίνακα 3 και τα οποία δεν θα πρέπει να υπερβληθούν εξαιτίας οποιασδήποτε χρήσης δευτερογενούς υλικού. Τα 20 ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002

15 δευτερογενή υλικά κατατάσσονται σε δύο κατηγορίες: α) την κατηγορία στην οποία ανήκουν τα υλικά η χωρίς µέτρα αποµόνωσης χρήση των οποίων δεν προκαλεί σηµαντική επιβάρυνση στα εδάφη και β) την κατηγορία 2 στην οποία ανήκουν τα υλικά που αν χρησιµοποιηθούν χωρίς µέτρα αποµόνωσης, η επιβάρυνση των εδαφών θα είναι µεγαλύτερη από τα όρια που έχουν θεσπισθεί. Μια άλλη διάκριση η οποία ορίζεται στην Ολλανδική νοµοθεσία αφορά τον τρόπο χρήσης του υλικού, αν δηλαδή είναι εγκιβωτισµένο ή όχι σε µια µήτρα άλλου υλικού (π.χ. αδρανή σε µήτρα ασφάλτου). Επειδή ισχύουν διαφορετικοί µηχανισµοί εκτίµησης της συµπεριφοράς ενός υλικού που είναι εγκλωβισµένο σε µήτρα άλλου υλικού, η ανάλυση που ακολουθεί περιλαµβάνει µόνο την εφαρµογή των σκωριών ως υλικό για την κατασκευή βάσης ή υπόβασης στα έργα οδοποιίας. 5.. Μεθοδολογία εκτίµησης της επιβάρυνσης των εδαφών Η αποδέσµευση ρύπων από τις σκωρίες σε µια δεδοµένη χρονική στιγµή σε συνθήκες πεδίου µπορεί να περιγραφεί από τη σχέση [25] : ELS = a e πεδιου LSπεδιου K (6) όπου ELS πεδιου η αθροιστική αποδέσµευση ρύπου (σε mg/kg) από τις σκωρίες, για συνολικό χρονικό διάστηµα t ετών. α η διαθεσιµότητα του ρύπου (σε mg/kg) LS πεδίου o λόγος υγρού/στερεού (l/kg), στον οποίο έχουν φθάσει οι σκωρίες µετά από χρόνο έκθεσης t ετών. K σταθερά (l/kg) που συσχετίζεται µε την ευκολία µε την οποία ο ρύπος αποδεσµεύεται από τη µήτρα του υλικού. O λόγος υγρού/στερεού LS πεδίου στον οποίο φθάνει το υλικό µετά από χρόνο έκθεσης t ετών σε συνθήκες πεδίου µπορεί να υπολογισθεί από τη σχέση: LS πεδιου N = h βροχ d s t (7) όπου Ν βροχ. το ετήσιο ύψος βροχόπτωσης (mm/έτος) h το συνολικό πάχος εφαρµογής των σκωριών στο έργο (m) d s η φαινόµενη πυκνότητα των σκωριών (kg/m 3 ) Η µέγιστη επιβάρυνση, Ι max, εκφρασµένη σε kg/m 2, των υποκείµενων εδαφών από την εφαρµογή σκωριών στα έργα οδοποιίας για πάχος εφαρµογής h δίδεται από τη σχέση: Imax = ds h ELS πεδιου (8) Όλες οι παράµετροι της εξίσωσης 8 είναι γνωστοί ή µπορούν να µετρηθούν µε εξαίρεση τη σταθερά Κ που σχετίζεται µε τη δέσµευση ρύπου στη µήτρα της σκωρίας (retention factor). Ο προσδιορισµός της σταθεράς Κ γίνεται µε βάση τα δεδοµένα εκχύλισης σε στήλες (δοκιµή ΝΕΝ 7343) και το πρότυπο αντιδραστήρα πλήρους ανάµιξης για το οποίο ισχύει η σχέση: όπου E α LS C 0 LS K E = a e + C 0 (9) η αθροιστική εξαγωγή ρύπου (σε mg/kg) από τις σκωρίες για αθροιστικό λόγο LS, όπως προκύπτει από τη δοκιµή ΝΕΝ η διαθεσιµότητα του ρύπου (σε mg/kg), όπως υπολογίσθηκε από τη δοκιµή ΝΕΝ 734 ο αθροιστικός λόγος υγρού/στερεού (l/kg). σταθερά 5.2. Αποτελέσµατα της εκτίµησης της επιβάρυνσης των εδαφών Τα αποτελέσµατα της προσαρµογής της εξίσωσης 9 στα δεδοµένα της δοκιµής ΝΕΝ 7343 παρουσιάζονται στο Σχήµα 3. Μετά τον προσδιορισµό της σταθεράς K προσδιορίζεται η συνολική επιβάρυνση των εδαφών σε ρύπους σύµφωνα µε την εξίσωση 8. Οι τιµές των παραµέτρων που χρησιµοποιήθηκαν στον υπολογισµό συνοψίζονται στον Πίνακα 2. Οι τιµές βροχόπτωσης που εξετάσθηκαν µεταβάλλονται από 0 έως 300 mm/έτος. Τα αποτελέσµατα της συνολικής επιβάρυνσης για βροχόπτωση 40, 400 και 200 mm/έτος εµφανίζονται στον Πίνακα 3, ενώ στο Σχήµα 4 παρουσιάζεται η µεταβολή της επιβάρυνσης των εδαφών σε ρύπους σε συνάρτηση µε τη βροχόπτωση. ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002 2

16 Αθροιστική Εξαγωγή (mg/kg) 00 0 Pb k = Αθροιστική Εξαγωγή (mg/kg) Zn k = LS (l/kg) LS (l/kg) 0 00 Αθροιστική Εξαγωγή (mg/kg) 0.00 Cd k = 7482 Αθροιστική Εξαγωγή (mg/kg) As k=400 Αθροιστική Εξαγωγή (mg/kg) LS (l/kg) 00 0 Cu k = LS (l/kg) ΝΕΝ πειραµατικά δεδοµένα Ολική συγκέντρωση στοιχείου 0. ιαθέσιµο κλάσµα στοιχείου LS (l/kg) ΣΧΗΜΑ 3: Προσδιορισµός της σταθεράς Κ µε προσαρµογή της εξίσωσης 9 στα πειραµατικά δεδοµένα FIGURE 3: Determination of the retention factor K 22 ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/2002

17 ΠΙΝΑΚΑΣ 2: Τιµές παραµέτρων εκτίµησης της συνολικής επιβάρυνσης TABLE 2: Values of parameters for the evaluation of the total impact on soil Επιβάρυνση εδαφών (mg/m 2 ) Παράµετρος Μονάδες Τιµή Ν βροχ. mm/έτος t Έτη 0 h M 0.5 d s kg/m 3 95 As Zn Pb Βροχόπτωση (mm/έτος) ΣΧΗΜΑ 4: Μεταβολή της συνολικής επιβάρυνσης των εδαφών για 0 έτη σε συνάρτηση µε τη βροχόπτωση (η διακεκοµµένη γραµµή δηλώνει υπέρβαση των Ολλανδικών ορίων) FIGURE 4: Total impact on soil for 0 years vs. precipitation rate (the dotted line indicates that the total impact is above the Dutch limits) ΠΙΝΑΚΑΣ 3: Προσδιορισµός της συνολικής επιβάρυνσης εδαφών για 0 έτη TABLE 3: Determination of the total impact on soil for 0 years Βροχόπτωση (mm/έτος) α k I max I max I max Ολλανδικά Στοιχεία mg/kg kg/l mg/m 2 mg/m 2 mg/m 2 όρια mg/m 2 Pb Zn Cu Cd As Όπως προκύπτει από τον Πίνακα 3 και το Σχήµα 4 η συνολική επιβάρυνση των εδαφών από την εφαρ- µογή των σκωριών ως υλικό βάσης ή υπόβασης στα έργα οδοποιίας υπερβαίνει τα όρια της Ολλανδικής Cu Cd νοµοθεσίας για δοµικά υλικά. Η υπέρβαση ισχύει για τιµές βροχόπτωσης µεγαλύτερες από 3 mm/έτος για την περίπτωση του As, ενώ για την περίπτωση του Pb και Zn οι τιµές επιβάρυνσης των εδαφών υπερβαίνουν τα αντίστοιχα όρια όταν η µέση ετήσια τιµή βροχόπτωσης είναι µεγαλύτερη από 570 και 350 mm αντίστοιχα. Με βάση τα αποτελέσµατα των µοντέλων εκτίµησης της συνολικής επιβάρυνσης των εδαφών από την εφαρµογή των σκωριών ως αδρανή υλικά για την κατασκευή της βάσης ή υπόβασης δρόµων για χρονικό διάστηµα 0 ετών, σύµφωνα µε τις Ολλανδικές προδιαγραφές, οι σκωρίες ανήκουν στην κατηγορία 2 των δοµικών υλικών. Προκειµένου να χρησιµοποιηθούν ως υλικά οδοποιίας θα πρέπει να ληφθούν µέτρα αποµόνωσης των υλικών ώστε η τελική επιβάρυνση των εδαφών µε ρύπους να περιορίζεται κάτω από τα αντίστοιχα Ολλανδικά όρια. Τα µέτρα αυτά αποµόνωσης θα πρέπει να περιορίζουν τον ρυθµό κατείσδυσης του νερού σε τιµές µικρότερες από 3 mm/έτος. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα αποτελέσµατα των γεωτεχνικών δοκιµών έδειξαν ότι οι σκωρίες Λαυρίου, πληρούν τις απαιτού- µενες προδιαγραφές προς χρήση ως αδρανή υλικά για την κατασκευή βάσης, υπόβασης και ασφαλτικού σκυροδέµατος µε εξαίρεση την κοκκοµετρία του υλικού για τη µείωση της οποίας απαιτείται εγκατάσταση κυκλώµατος θραύσης-κοσκίνισης. Σύµφωνα µε την δοκιµή TCLP η σκωρία χαρακτηρίσθηκε ως τοξική διότι η συγκέντρωση του Pb στο διάλυµα εκχύλισης ήταν µεγαλύτερη από το αντίστοιχο όριο της δοκιµής. Παρόλα αυτά έχει διατυπωθεί από πολλούς ερευνητές ότι η δοκιµή TCLP υπερεκτιµά την εκχυλισιµότητα του Pb λόγω της µεγάλης συγγένειας του µε τα οξικά ανιόντα. Οι τιµές συγκέντρωσης Pb στα διαλύµατα εκχύλισης των δοκιµών DIN 3844 S4, NEN 7349, NEN 7343 και pren2457-,2,3 ήταν µεγαλύτερες από το αντίστοιχο όριο πόσιµου νερού, ενώ ανάλογα µε τη δοκιµή ήταν µεγαλύτερες ή µικρότερες από το όριο απόρριψης σε υδάτινους αποδέκτες. Λόγω της διαφοροποίησης αυτής, η αξιολόγηση της δυνατότητας χρήσης των σκωριών µε βάση τα αποτελέσµατα των δοκιµών εκχύλισης είναι µη ασφαλής. Η σύγκριση των αποτελεσµάτων της δοκιµής DIN 3844 S4 µε τα Γερµανικά όρια απόθεσης έδειξε ότι οι σκωρίες κατατάσσονται στην κατηγορία της περιορισµένης ανοικτής απόθεσης. Στις δυνατότητες χρήσης υλικών που κατατάσσονται στην κατηγορία ΟΡΥΚΤΟΣ ΠΛΟΥΤΟΣ/MINERAL WEALTH 22/