Airsparging og jordventilation med vandrette boringer 6. Resultater fra undersøgelsesfasen (Baseline Study)6.1 Potentialeforhold 6.1 PotentialeforholdHistoriske data I perioden 1994-97 er der observeret et svagt fald i det hydrauliske trykniveau på ca. 20 cm. Inden for oprensningsperioden (1998-2000) forventes det, at tryniveauet i værste fald kan aftage yderligere til kote ca. 2,8-3, svarende til i alt 50-70 cm. Nuværende forhold Potentialeforholdene i første kvartal af 1998 er belyst ved 4 pejlerunder i samtlige filtersatte boringer. Forholdene umiddelbart inden opstarten af anlægget er vist på figur 6.1. Strømningsretningen er syd-øst med en gradient på ca. 1,25‰. Da magasinet er det regionale primære magasin, forventes der ikke nogen større ændringer i strømningsretningen under projektforløbet. Figur 6.1 [Ses
her] Tidslig variation I en ældre moniteringsboring, UB3, er der fast monteret en vandspejls-transducer med datalogger. Loggeren har registreret vandspejl siden november 1997. Målingerne indtil marts 1998 er afbildet på figur 6.2. I perioden ses en vis variation i trykniveauet, men der er ikke tegn på væsentlige fluktuationer forårsaget af f.eks. nærliggende afværgeoppumpninger eller barometereffekter. Figur 6.2 [Ses her] Strømningshastighed Ud fra de gennemførte permeabilitetsbestemmelser ved jordventilationstesten (afsnit 4.1.2), kan den mættede hydrauliske ledningsevne, skønnes til ca. 0,5 – 5 x 10-5 m/s. Med en gradient på ca. 1,25‰ kan grundvandshastigheden (Darcy-hastigheden) skønnes til ca. 20-200 m/år. 6.2 JordforureningVed etableringen af moniteringsboringerne (MB1-MB17) blev der udtaget i alt 12 jordprøver fra den umættede zone. At der kun er udtaget relativt få jordprøver skyldes, at boringerne er udført med hulsnegl, samt at formålet med boringerne primært var at montere filtre. Prøverne er analyseret for chlorerede opløsningsmidler og oliekomponenter, jf. tabel 6.1. Strategien ved prøveudvælgelse har været at få prøverne fordelt over hele grunden, og ikke kun i de tydeligt forurenede hot-spots. Analyserne for oliekomponenter viser et niveau på op til ca. 2000-6000 mg/kg TS for indholdet af totalkulbrinter. Heraf udgør BTEX op til 5-40 mg/kg TS. Den påviste blanding har en sammensætning som terpentin. Fri fase af et terpentinlignende produkt er påvist på grundvandet i et område på den nordlige del af grunden, jf. figur 6.1. Tabel 6.1 [Ses her] Der er i en enkelt prøve påvist chlorerede opløsningsmidler (tetrachlorethylen) i en koncentration op til ca. 6 mg/kg TS. I de øvrige prøver er der ikke påvist chlorerede opløsningsmidler i koncentrationer højere end ca. 0,5 mg/kg TS. Trichlorethylen er kun påvist i 2 prøver, mens chloroform er påvist som spor i en enkelt prøve. Oliekomponenter og chlorerede opløsningsmidler er påvist nær grundvandsspejlet (ca. 8,5 m.u.t.), hvilket er i overensstemmelse med tidligere undersøgelser. 6.3 Poreluftforurening6.3.1 Omfang og databearbejdning Omfang Der er udtaget poreluftprøver fra samtlige moniteringsboringer (MB1-MB17), i alt 43 enkeltfiltre. Prøvetagningsdata, herunder feltmålinger samt analyseresultater er sammenfattet i tabelform og gengivet i appendix 5. Bearbejdning For at give et overblik over den store datamængde er det valgt at præsentere de væsentligste resultater og enkeltparametre som skønnede iso-koncentrationskurver for hvert dybdeinterval. 6.3.2 Totalkulbrinter (oliekomponenter) Resultatet af poreluftanalyserne for totalkulbrinter (oliekomponenter) er præsenteret på figur 6.3. Sort filter Dette niveau beliggende ca. 2,5 m.u.t. er kun repræsenteret i de boringer, hvor der ikke er udgravet til den eksisterende kælder. Der kan generelt konstateres et lavt indhold af totalkulbrinter (<20 mg/m³) omkring depotgrænsen. Lokalt findes to mindre områder med markant forhøjet indhold, jf. figur 6.3. Figur 6.3 [Ses her] Grønt filter Dette niveau er beliggende ca. 5 m.u.t. og er repræsenteret over hele grunden, idet dette er under kælderniveau. Som ved det overliggende niveau (sort filter), kan der generelt på grunden konstateres et lavt indhold af totalkulbrinter (<10 mg/m³). På den nordlige del af grunden er der et større område med koncentrationer over 100 mg/m³. Lokalt er niveauet over 5000 mg/m³. Uden for selve depotet kan der endvidere i Hesseløgade konstateres et uafgrænset område med et forhøjet indhold (>100 mg/m³). Gult filter Dette niveau er beliggende ca. 7,5 m.u.t. og svarende til ca. 1 m over grundvandsspejlet. Som for de øvrige to niveauer kan der generelt konstateres et lavt niveau (<10 mg/m³) på grunden. I et område på den nordlige del ses forhøjede niveauer (>100 mg/m³), lokalt over 5000 mg/m³. Sammenfatning Det generelle niveau (1-20 mg/m³) påvist over hovedparten af grunden skyldes sandsynligvis diffusion fra området på den nordlige del. Her er der tydeligt tegn på påvirkning fra den konstaterede terpentinforurening i den umættede zone samt den fri terpentin på grundvandet, jf. figur 6.1. Biologisk nedbrydning I området med det markant forhøjede indhold af totalkulbrinter, er der tydeligt indikation på biologisk aktivitet. Der kan således konstateres et reduceret iltindhold, forhøjet kuldioxid-indhold samt i et enkelt filter methan, jf. appendix 5. Nedbrydningsforholdene er nærmere beskrevet i afsnit 6.5. 6.3.3 Chlorerede opløsningsmidler Resultatet af poreluftanalyserne for tetrachlorethylen (PCE) er præsenteret på figur 6.4. I enkelte filtre er detektionsgrænsen relativt høj (100-200 mg/m³), hvilket skyldes interferensproblemer ved analysen. Sort filter Der kan konstateres et lavt indhold af PCE (<10 mg/m³) omkring depotgrænsen. Lokalt i gården mellem de to karréer er der påvist et område med et markant forhøjet niveau (>500 mg/m³). Grønt filter I dette niveau kan der konstateres over 10 mg/m³ på størstedelen af grunden, og lokalt op til over 1000 mg/m³. På den resterende del af grunden mod nord er niveauet ca. 1-10 mg/m³. Gult filter Koncentrationsfordelingen viser igen et niveau over 10 mg/m³ på størstedelen af grunden, og kun på den nordligste del er niveauet under 10 mg/m³. Lokalt i gården mellem karréerne er niveauet over 4000 mg/m³. Nedbrydningsprodukter PCE er den dominerende forureningskomponent, og kun i enkelte filtre er der konstateret TCE på sammenligneligt niveau, hvilket vurderes at skyldes nedbrydning af PCE til TCE. Nedbrydningsprodukterne af TCE (dichlorethylen og vinylchlorid) er kun påvist i koncentrationer op til ca. 3 mg/m³, og er kun påvist i området mellem karréerne, hvor PCE-koncentrationerne er over 1000 mg/m³. Vinylchlorid ses kun i områder, hvor der er kraftigt reducerede forhold forårsaget af et højt kulbrinteindhold i den umættede zone. Netop under reducerende forhold (anaerobt) forventes nedbrydning til vinylchlorid at kunne foregå. Figur 6.4 [Ses her] Sammenfatning Der kan erkendes en tydelig stigning af koncentrationen af PCE med dybden inden for området med høje koncentrationer (>100 mg/m³). Dette område er lokaliseret i området mellem karréerne, dvs. i et område, hvor der ikke er gravet ud til kælder. Den generelle påvisning af PCE i næsten samtlige filtre skyldes sandsynligvis dels lokale mindre kildeområder og generel diffusiv spredning. Der sker tilsyneladende kun en svag nedbrydning af PCE til TCE og den videre nedbrydning til dichlorethylen og vinylchlorid er relativt begrænset. 6.4 Grundvandsforurening6.4.1 Omfang og databearbejdning Omfang
Der er udtaget grundvandsprøver fra samtlige moniteringsboringer (MB1-MB15), i alt 39 enkeltfiltre. Prøvetagningsdata, herunder feltmålinger samt analyseresultater, er sammenfattet i tabelform og gengivet i appendix 6. Bearbejdning På grund af det meget omfattende datamateriale er det valgt at præsentere resultaterne som for poreluftanalysen, dvs. med isokoncentra-tionskurver for hvert dybdeinterval. I afsnit 6.4.4 er de mulige nedbrydningsmekanismer for både chlorerede opløsningsmidler og oliekomponenter diskuteret. For eventuelt at kunne kvantificere nedbrydningsprocesserne blev der udtaget en række supplerende analyser. Analyserne har omfattet nedbrydsningsprodukterne ethylen og ethan (af TCE- og TCA) samt en karakterisering af redoxmiljøet ud fra uorganiske makroioner m.v. For de enkeltfiltre, hvor der er udført supplerende analyser, er der i appendix 7 foretaget en sammenfatning af analyseresultater. 6.4.2 Totalkulbrinter (oliekomponenter) Resultatet af analyserne for totalkulbrinter er præsenteret på figur 6.5. Hvidt filter Dette niveau er beliggende ca. 1,2 m under grundvandsspejlet, svarende til kote ca. 2,1. Der kan konstateres et generelt minimumsniveau over hele grunden på ca. 10 µg/l. I et område på den nordlige del er niveauet over 5000 µg/l, med enkeltværdier op til 18.000 µg/l. Rødt filter Dette niveau er placeret ca. 2,5 m dybere end ovenstående (hvidt), svarende til ca. kote –0,4. I et mindre område er niveauet over 5000 µg/l, mens området med mere end 100 µg/l kun har en lidt større udbredelse. Det generelle minimumsniveau over hele grunden er 1-5 µg/l. Lokalt på den sydlige del findes et område med over 100 µg/l. Blåt filter Dette niveau er placeret ca. 2,5 m under ovenstående (rødt), svarende til kote –2,9. Der kan igen på den nordlige del konstateres et mindre område med over 100 µg/l. Det generelle minimumsniveau over hele grunden er fortsat 1-5 µg/l. BTEX indhold Indholdet af BTEX udgør ca. 10-40% af totalindholdet inden for området med et totalindhold større end 5000 µg/l. Heraf udgør benzen (B) kun en mindre del, og det maksimale benzenindhold er 97 µg/l. Figur 6.6 [Ses he] Nedstrøms dette område er specielt TEX-komponenter kraftigt aftaget i koncentration (<0,1-1 µg/l), mens benzenindholdet fortsat er relativt højt (0,1 – 30 µg/l). Der er således indikation på en større nedbrydning for TEX-komponenterne end for benzen. Sammenfatning Området med markant forhøjede indhold af totalkulbrinter er, som forventet, sammenfaldende med udbredelsen af fri terpentin på grundvandet, jf. figur 6.1. De maksimale koncentrationer af oliekomponenter på ca. 20 mg/l vurderes at svare til opløseligheden for terpentinproduktet. I dette område ses også et markant fald i koncentrationen fra det øverste til det nederste filter. Generelt er der påvist mindst 1-10 µg/l i samtlige filtre uanset dybde. Der vurderes at være en tydelig forureningsfane fra området med fri terpentin. Fanen er ikke afgrænset ved nedstrøms skel mod Drejøgade/Jagtvej. I fanen sker en tydelig nedbrydning af oliekomponenterne, jf. afsnit 6.4.4. 6.4.3 Chlorerede opløsningsmidler Det totale indhold af chl. opløsningsmidler, herunder dichlorethylener og vinylchlorid er præsenteret på figur 6.6. Hvidt filter Der kan konstateres et generelt niveau på ca. 5-10 µg/l mod det nordlige skel. På den resterende del af grunden er niveauerne over 100 µg/l, og med et område mellem karréerne på over 2000 µg/l. Lokalt i de kraftigst forurenede områder er der målt ca. 4000 µg/l. Rødt filter Også i dette niveau kan der konstateres et generelt niveau på ca. 1-10 µg/l langs det nordlige skel. Området med over 2000 µg/l er nu placeret ca. 40-50 m nedstrøms i forhold til filterniveauet over (hvidt). Et relativt højt indhold af PCE i poreluften (230 mg/m³) i dette område indikerer, at der lokalt her kan være en kilde i den umættede zone. Blåt filter I dette niveau er der fortsat spor af opløsningsmidler i samtlige filtre. Niveauet er nu under ca.10 µg/l på den nordlige del af grunden og ca. 10-100 µg/l på den resterende del. Lokalt er der dog målt et højere niveau (>100 µg/l), og dette område er sammenfaldende med området i filtre over (rødt) med mere end 2000 µg/l. Nedbrydningsprodukter Som for poreluften er PCE generelt den dominerende enkeltkomponent. TCE påvises generelt på et niveau 10-100 gange mindre end for PCE, når der er kraftigt forurenet (>100 µg-PCE/l). Når totalindholdet er lavt (<10 µg/l), ses der ofte sammenlignelige niveauer af PCE og TCE. I al væsentlighed ligner udbredelsen af PCE således den viste for totalindholdet, men der er en række nedbrydningsprocesser, som forstyrrer dette billede. Den videre nedbrydning af TCE til dichlorethylener og vinylchlorid er påvist i en række filtre, og lokalt er der påvist 1800 µg/l vinylchlorid og et tilsvarende indhold af cis-1,2-dichlorethylen. Sammenfatning Der kan påvises et generelt minimumsforureningsniveau (1-10 µg/l) i alle filtre. I områderne med de højeste koncentrationer i det øverste og mellemste filter er der en jævnt aftagende koncentration med dybden. En tydelig forureningsfane er udviklet og er ikke afgrænset ved nedstrøms skel mod Drejøgade/Jagtvej. Der er påvist nedbrydningsprodukter af TCE i én eller flere boringer og i alle 3 filterniveauer. Figur 6.7 [Ses her] 6.4.4 Naturlig nedbrydning af oliekomponenter og chlorerede opløsningsmidler Redoxmiljø Den nuværende forureningssammensætning og udbredelse er kraftigt påvirket af igangværende biologiske processer. De væsentligste processer, der involverer nedbrydning/transformation af de her påviste stoffer, er stærkt afhængige af det herskende redoxmiljø. Redoxzonering En grov inddeling af det øverste filterniveau (hvid) i 3 forskellige redoxzoner er vist på figur 6.7-A. Centralt i området med fri terpentin er der stærkt reducerede forhold. Således er der sket en fuldstændig ilt-, nitrat-, jern-, mangan- og sulfatreduktion og der er opstået methannogene forhold, dvs. miljøet er strengt anaerobt. I udkanten af dette område på opstrømssiden og i en zone nedstrøms er der kun svagt reducerede forhold, idet der er et lavt iltindhold (<1 mg/l) og et kun svagt reduceret nitratindhold. Endelig findes en ydre zone, som vurderes at afspejle det generelle redoxmiljø i det uforurenede magasin. Dette kan ud fra de få målinger i denne zone karakteriseres ved et iltindhold på op til 6 mg/l og et baggrundsniveau for nitrat på ca. 40 mg/l. Miljøet kan beskrives som svagt aerobt. Nedbrydning af oliekomponenter Nedbrydningen af oliekomponenter, herunder BTEX, er inden for de senere år blevet erkendt som en vigtig proces til fjernelse/reduktion af disse i jord og grundvand. Under nedbrydning af oliekomponenter udnytter mikroorganismerne BTEX-forbindelserne som primær kulstofkilde, samtidig med at en eller flere elektronacceptorer (O2, NO3, SO4, Fe, Mn) reduceres. Nedbrydningen foregår hurtigst under aerobe forhold og noget langsommere under anaerobe forhold. BTEX-nedbrydning På figur 6.7-B er det totale indhold af BTEX i det øverste filterniveau(hvidt) vist. Inden for området med over 1000 µg/l (området med fri terpentin) er der udviklet en methanogen zone, jf. figur 6.7-A. Der er således i denne zone opbrugt hovedparten af den mængde elektronacceptorer, som strømmer med grundvandet fra opstrømssiden. Den fortsatte nedbrydning i denne zone er derfor primært styret af fermentative processer (strengt anaerobt). Ca. 30-40 m nedstrøms den strengt anaerobe zone er koncentrationsniveauet af BTEX faldet 10-100 gange. Dette skyldes sandsynligvis, at BTEX primært er blevet nedbrudt i den stærkt reducerede zone, og sekundært i den zone med svagt reducerede forhold, hvor der fortsat er bl.a. lidt ilt og nitrat tilstede. Yderligere et stykke nedstrøms depotet kan der forventes delvis aerobe forhold, og en yderligere nedbrydning af BTEX kan forventes. Nedbrydning af chlorerede opløsningsmidler Nedbrydning af de chlorerede opløsningsmidker kan ske på mindst 3 forskellige måder. Nedbrydningsvejene benævnes reduktiv dechlorering, primær nedbrydning og cometabolsk nedbrydning. Reduktiv dechlorering Ved reduktiv dechlorering, som for normale forureninger alene med chl. opløsningsmidler er den vigtigste proces, optræder de chlorerede forbindelser som elektronacceptorer, og ikke som kilde til kulstof ("mad" til bakterierne). Ved processen fjernes ét chloratom, der erstattes med hydrogen. Processen forløber lettest for PCE og sværest for vinylchlorid, da PCE er det mest oxiderede stof. Dette er også årsagen til at nedbrydning af nedbrydningsprodukterne kræver stadig mere reducerede forhold, og at der derfor typisk ses en ophobning af nedbrydningsprodukterne. Primær nedbrydning Ved primær nedbrydning fungerer de chlorerede opløsningsmidler som primært substrat (kulstofkilde) for mikroorganisamerne; fuldstændig som for nedbrydning af oliekomponenter. Det er generelt accepteret, at tetra- og trichlorethylen kun i meget begrænset omfang kan nedbrydes ad denne vej, men til gengæld kan nedbrydningsprodukterne under visse omstændigheder virke som primærsubstrat, hvor bakterierne får energi og kulstof fra nedbrydningsprodukterne. Undersøgelser har således vist, at vinylklorid og 1,2-dichlorethan kan fungere som primærsubstrat under aerobe forhold, men da stofferne dannes under reducerede forhold, vil processen kræve et skift i redoxpotentiale i grundvandsmagasinet mod mere oxiderede forhold. Observeret nedbrydning På figur 6.7-C er vist det totale indhold af nedbrydningsprodukterne (dichlorethylener og vinylchlorid) i det øverste filterniveau (hvid). Der er indikationer på, at der sker en cometabolsk nedbrydning i området omkring MB-7, idet totalindholdet af nedbrydningsprodukter er ca. 3600 µg/l, men indholdet af PCE og TCE’er 39 hhv. 6,2 µg/l, jf. bilag 5 og 6. Der er således en ca. 99% omdannelse (nedbrydning) af moderstoffet PCE. Dette underbygges af det konstaterede BTEX-indhold (~ 1400 µg/l) og det stærkt reducerede redoxmiljø her. Dannelsen af vinylchlorid og dichlorethylen ved MB-7 giver anledning til en fane med disse stoffer nedstrøms. De høje værdier i MB-14, placeret i skel nedstrøms, indikerer en reduktion på ca. 50% igennem fanen. Ehtan, ethylen For yderligere at belyse nedbrydningsforholdene er der på 3 udvalgte prøver fra dette niveau (hvid) analyseret for ethylen og ethan, jf. bilag 6. Resultaterne er vist i parentes på figur 6.7-C. Ethylen er det stof, som er tilbage efter vinylchlorid (monochlorethylen) har afgivet sit eneste chloratom. Ethylen kan viderenedbrydes til ethan og dernæst kuldioxid og vand. Såfremt der skete en reel massefjernelse af chlorerede forbindelser, ville der kunne påvises et forhøjet ethylen- og/eller ethanindhold. Af figur 6.7-C fremgår det, at der kun er påvist ethen (0,32 µg/l) i boring MB-11, og at niveauet er lavt i forhold til de chlorerede stoffer. Ethan er derimod påvist i alle tre prøver, og i niveauer op til små 100 µg/l i området omkring MB-7, hvor der primært sker cometabolsk nedbrydning. At der ses ethan på dette niveau, indikerer således, at der sker en vis massefjernelse af moderstof (PCE) og de chlorerede nedbrydningsprodukter heraf. Reduktiv dechlorering Reduktiv dechlorering af PCE og TCE vurderes at være årsag til de lavere niveauer (5-20 µg/l) påvist umiddelbart syd for forureningsfanen fra området ved MB-7. I dette område er der stort set ingen kulstofkilde i form af BTEX’er (figur 6.7-B) og svagt reducerede forhold. I forhold til indholdet af moderstofferne (PCE, TCE) er omdannelsen kun svag, idet moderstoffernes koncentration er ca. 100 gange større. Airspargingeffekter Forståelse af de igangværende nedbrydnings- og transformations-processer er vigtig, når effekten af airsparging skal evalueres. Det skyldes, at airsparging forventes at medføre en radikal ændring i redoxmiljøet i retning af aerobe forhold over store dele af grunden. 6.5 Respirationsrater i umættet zoneOmfang Der er gennemført in-situ respirationsforsøg på boringerne MB-1, MB-2, BM-5 og MB-6 i det dybeste filterniveau (gult) i den umættede zone. Metode Testen er gennemført ved igennem det etablerede pejlerør (ø32 mm PEL) at indblæse atmosfærisk luft til den umættede zone. Der er injiceret i en periode på mellem 4 og 32 timer, jf. tabel 6.2. Ved tilførsel af ilt stimuleres den aerobe omsætning af oliekomponenterne i den umættede zone, og den hastighed, hvormed ilten forbruges, indikerer den biologiske nedbrydningshastighed. Iltmålinger Forbruget af ilt efter stop af injektionen er automatisk registreret hver 2. time af de permanent installerede ilttransducere med tilhørende dataloggere. Resultatet af iltmålingerne for de to uger, hvor der blev gennemført forsøg, er vist på figur 6.8. Før forsøgsstart i hvert filter ses fuldstændigt anaerobe forhold (O2 ~ 0% vol.). Figur 6.8 [Ses her] Forsøgsbetingelser Injektionsflowet har været ens, mens injektionsperioden er varieret mellem boringerne, tabel 6.2 Der er således også forskel på det indblæste volumen. I alle forsøg vurderes der injiceret så store luftmængder, at det gasfyldte porevolumen i en afstand på mindst 1-2 m fra boringen er mættet med atmosfærisk luft. Ved næste forsøgsrunde planlægges det at injicere helium sammen med luften, for at kontrollere forudsætningerne for tolkningen.
Tabel 6.2 Respirationstest. Forsøgsbetingelser og nedbrydningsrater Fortolkning Den kvantitative databearbejdning er udført efter retningslinierne i /ref. 3/. Der er anvendt lokalitets specifikke data (z . = 1,50, ngas = 0,33) samt data for iltdensitet ved 15°C. Nedbrydningskinetikken antages at være O’-orden, hvilket skal identificeres som et lineært aftagende ilthold med tiden. Der tolkes kun på det lineære forløb af ilt mellem 5 og 18% vol. Herved opnås de maksimale nedbrydningsrater. Beregnede nedbrydningsrater Resultatet af tolkningen ses i tabel 6.2. Den estimerede nedbrydningsrate varierer mellem 4,8 og 11,5 mg/kg/d, med et gennemsnit på 7,4 mg/kg/d. De fundne nedbrydningsrater er relativt høje /ref. 3/, men indikerer meget tydeligt, at ilt er den begrænsende faktor for biologisk omsætning af olieforureningen i den umættede zone. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||