Site Study of Fibrous Sediments in Sandviken, Ångermanälven River Estuary, Sweden | Platsstudie av fibersediment i Sandviken, Ångermanälven, Sverige

Pulp and paper industries in Sweden have since the end of the 19th century until late 70s been active in dumping wastewater into adjacent water bodies that have created fibrous sediments called fiberbank and fiber-rich sediment. Fiberbanks are large banks of predominantly organic material while fiber-rich sediment is fibrous sediment that has been mixed with bottom sediment. The fiberbanks comprise of high levels of processed wood fibres and contaminants such as heavy metals and persistent organic pollutants (POPs). It also produces carbon dioxide and methane gas by microbial activity and leaves the sediment with exit holes called pockmarks. These sediments have been proven to cause environmental harm to the benthic biological environment around it, also causing it to become anoxic/hypoxic. Some of the POPs bioaccumulate which also affect humans through fishing. If the fiberbanks are disturbed through e.g. mass movement, toxic contaminants could be released into the aquatic environment. Fiberbanks need to be remediated and more research is needed to characterise it. In-situ capping is a remediation technique that is being tested at the laboratory scale for its application to fiberbanks. It involves placing a layer of clean material on top of the sediment, in order to stabilize it and to limit contaminant release.Because of their high organic content and low density, these sediments might behave differently than typical natural sediments. Therefore, laboratory experiments are necessary to understand their key properties. This thesis focuses on the Sandviken site, for which the bearing capacity of fiberbanks, their thickness, and the compression rate of fiber-rich sediments are studied. The bearing capacity is the capacity for a sediment to hold a weight, and in the case of in-situ capping it is an important parameter to study. The thickness was interpreted from physical data collected by a fluid mud penetrometer (FluMu), from the University of Bremen to assess the fiberbank volume. Fiber-rich sediment is examined to expand the knowledge on its physical properties by testing consolidation and potential gas production.Bearing capacity was tested by placing sediment in a tank and placing a cap on top of it. The site thicknesses were interpolated in ArcMap into a visual topography where the volume could be calculated. Fiber-rich sediment consolidation was tested by placing the sediment in columns with different capping thicknesses. By monitoring bubbles and pockmarks, gas production was confirmed.Results show that the tank sediment construction kept its shape without collapsing or failing at the edges. Sediment/cap interface was sharp, it means little to no mixing between the layers. This proves that Sandviken fiberbank has enough bearing capacity to hold up a cap and that it contains contaminants well. FluMu interpretation resulted in a fiberbank volume of 51885 m3. The fiberbank thickest layer was interpreted as being in front of the sulphate factory which is a credible result. The fiberbank volume is not conclusive since the FluMu has not measured complete thicknesses of the layers. This can be said since thicknesses have been measured at a minimum of 6 m and the thickest point interpreted was 1,11 m. The fiber-rich sediment consolidation showed that a cap that is very thick will cause most consolidation and more rapid dissipation of pore water. Bubbles and pockmarks were observed and confirm gas production.

Papper- och massa-industrin i Sverige har varit aktiv fram till 1970-talet och har dumpat förorenat vatten i angränsande vattendrag. Detta har gett upphov till fibersediment som kallas fiberbank och fiberrikt sediment. Fiberbanker är stora banker av övervägande organiskt material och fiberrikt sediment är en blandning av fiberbank sediment och bottensediment. Fiberbankerna består mestadels av bearbetade träfibrer och föroreningar som tungmetaller och långlivade organiska föroreningar (POPs). Sedimentet producerar även växthusgaser genom mikrobiell aktivitet. Dessa sediment orsakat miljöskada på den biologiska bottenmiljön i omgivningen då den förlorat syreinnehåll. Samtliga POPs samlas i fisk vilket därav även påverkar människors hälsa. Om fiberbankerna skulle störas, släpps giftiga föroreningar ut i miljön. Fiberbanker måste åtgärdas och en saneringsteknik som undersöks i laboratorieskala är in-situ övertäckning. Detta innebär att placera ett lager av rent material ovanpå sedimentet för att stabilisera det och stoppa frigöring av föroreningar.På grund av sedimentets annorlunda karaktär är experiment i laboratorier nödvändiga för att förstå deras nyckelegenskaper. Detta arbete fokuserar på fiberbanken i Sandviken, fiberbankens bärförmåga, dess tjocklek och kompressionshastigheten för fiberrika sediment studeras. Bärförmågan är kapaciteten för ett sediment att hålla en vikt och när man ska belasta ett sediment med ett övertäckningslager är detta viktigt. Tjockleken av sedimentet undersöks för att bedöma fiberbankens volym i området. Fiberrikt sediment undersöks för att utöka kunskapen om dess fysiska egenskaper genom att testa konsolidering och om det producerar gas likt fiberbanksediment.Bärförmågan testades genom att placera sediment i en tank och placera ett lager av rent material på. Platstjocklekarna tolkades från fysiska data från en typ av sensor som penetrerar sediment och interpolerades därefter i ArcMap till en visuell topografi där volymen kunde beräknas. Fiberrik sedimentkonsolidering och gasproduktion testades genom att placera sedimentet i kolumner med olika locktjocklekar.Resultaten visar att bärförmågan av fiberbanksedimentet var tillräckligt för att klara av en grundlig belastning. Gränsen mellan sedimentet och övertäckningslagret var skarp i slutskedet, det innebär liten eller ingen blandning mellan skikten. Detta bevisar att sedimentet bibehåller övertäckningslager väl över sig då ytan är platt. Tolkningen av sensordata resulterade i en fiberbankvolym på 51885 m3. Fiberbankvolymen är inkomplett eftersom FluMu inte har uppmätt skiktens fullständiga tjocklekar eftersom tjocklekar har tidigare uppmätts till minst 6 m och den tolkade tjockaste punkten var 1,11 m. Den fiberrika sedimentkonsolideringen visade att ett övertäckningslager som är mycket tjock kommer att orsaka mest och snabbast konsolidering. Observationer bekräftade även gasproduktion i sedimentet.