Gasværkspakkeprojekterne

5. Frederiksberg Gasværk

Projektet er udført af RAMBØLL. En del af laboratorieforsøgene er dog udført af Danmarks Miljøundersøgelser, Afdeling for havmiljø og mikrobiologi. Projektet er finansieret 50% af Frederiksberg Kommune og 50% af Miljøstyrelsen.

5.1 Grundlag for afværgeprojekt

Forureningsforhold

Frederiksberg Gasværk på Finsensvej blev bygget i 1895 og gasproduktionen ophørte i 1964. Gasværket var et traditionelt kulgasanlæg, hvor gassen blev fremstillet ved afgasning af stenkul. I 1964 blev tjære- og ammoniakbassinet opfyldt og de ældste gasbeholdere nedlagt og fjernet.

Forureningsundersøgelser

Miljøtekniske undersøgelser fra 1987-1990 /28/ viste, at grunden var forurenet med tjære, olieprodukter, cyanid og tungmetaller. Der blev fundet store mængder tjæremættet jord ved det tidligere tjære/ammoniakbassin samt en tjæreforurening i det sekundære og øvre grundvandsmagasin ved gasbeholder 3. Det blev vurderet, at grundvandsforureningen ville kunne spredes til Frederiksberg kommunes vandforsynings indvindingsboringer samt til nærmeste recipient.

Risikovurdering

Af hensyn til grundvandet og arealanvendelse til offentlige formål (kommunale tekniske anlæg, driftsbygninger og pladser) blev det foreslået, at tjæreforurenet jord skulle fjernes.

Målsætning for afværgeprojektet

Målsætningen for afværgeprojektet var at forureningskilder skulle fjernes. Desuden skulle der afværgepumpes på det primære grundvand for at forhindre yderligere forureningsspredning.

Grundvand

I 1990-1993 blev oppumpet ca. 5 m³ vand/t, som blev afledt til kloakken. Afværgepumpning blev indstillet på grund af de lave koncentrationer i grundvandet, men genopstartet i oktober 1995 på grund af stigende koncentrationer i moniteringsboringerne.

I 1989-1990 blev følgende afværgeaktiviteter iværksat. Gasbeholder 3, som stadig var i drift, blev tætnet. Vand og bundslam blev fjernet. Ved naftalinanlægget blev 23 m³ forurenet jord samt olietanke fjernet og arealet blev overdækket.

Tjære- og ammoniakbassin, gasbeholder 1, fyld i kælder til apparathus og stærkt forurenet jord blev opgravet og beholdere tømt for tjære. Enkelte frasorterede materialer fra fyld og tjære blev bortskaffet til deponering. Renset, tjæreforurenet vand blev ledt til kloakken.

Biologisk behandling

Resten af den tjæreforurenede jord blev midlertidigt deponeret på grunden i forbindelse med ansøgning til forsøgsprojekt med biologisk on-site rensning af tjæreforurenet jord under Gasværkspakken. Yderligere jordmængder blev bortskaffet ved opstart af forsøgsprojektet, idet kun ca. 307 m³ blev behandlet under Gasværkspakkens forsøgsprojekt.

5.2.1 Målsætning

Målsætning for oprensning

Målsætningen for oprensningsprojektet var at undersøge, om den opgravede jord kunne nedbrydes biologisk on-site ved kompostering.

Oprensningsprojektet ved Frederiksberg Gasværk er opdelt i tre faser /29/.

Fase 1

Fase 1 /16/ bestod af laboratorieforsøg til undersøgelse af population af mikroorganismer og tjærenedbrydende mikroorganismer i tjæreforurenet jord. Desuden blev 10 detergenters evne til at mobilisere PAH´er, og hermed gøre dem tilgængelige for mikroorganismer, undersøgt.

Fase 2

Fase 2 /17/ bestod af undersøgelser af de betingelser, hvorunder den biologiske nedbrydning af tjærestoffer kan foregå. Undersøgelserne blev udført ved hjælp af microkosmos forsøg over 325 dage og kolonneforsøg over 126 dage.

Fase 3

Fase 3 /15/ bestod af et feltforsøg udført "on-site" på Frederiksberg Gasværksgrund. Tjæreforurenet jord blev udlagt i miler i det fri og i det tidligere tjærebassin, der blev overdækket. Forsøget blev udført over en periode på 496 dage.

5.2.2 Teoretisk princip

Den valgte afværgeteknik består af åben kompostering i miler. Jord er et biologisk medie, og kemikalier spildt på jord vil have en tendens til at indgå i de mikrobiologiske omsætningsprocesser, der er styret af jordbakterier og svampe m.v. /30/.

Miljøfaktor

Kompostering i åbne miler er også anvendt ved Esbjerg Gasværk, jf. kapitel 6. De to projekter afviger fra hinanden, idet der er afprøvet flere modifikationer ved kompostering ved Frederiksberg Gasværk og forsøget har varet længere.

5.2.3 Laboratorieforsøg

Forureningsnedbrydende bakterier

Mikrobiologiske forsøg /33/ har vist, at jord fra Frederiksberg Gasværk indeholdt mellem 10⁶ og 10⁷ dyrkbare bakterier/g jord TS. Heraf blev fundet 10³ -10⁵ phenanthren-nedbrydende og mellem 10² og 10³ anthracen- og pyren-nedbrydende bakterier/g jord TS.

Der er angivet /29/, at der skal være mere end 10³ forureningsnedbrydende bakterier/g jord til stede før en biologisk rensning af jorden kan påbegyndes.

Ved tilsætning af ¹⁴C-mærket pyren og anthracen til jorden fra Frederiksberg Gasværk, blev der påvist en nedbrydning på 18 - 28% af den tilsatte pyren inden for 7 dages inkubation.

Detergenter

10 forskellige detergenter blev undersøgt for deres evne til at mobilisere PAH fra jord ved forskellige koncentrationer.

Den største mobilisering blev opnået ved koncentrationer på 1% w/w (10 g detergent/kg jord). Den mest effektive detergentblanding medførte mobilisering af 9,4% af PAH ved udrystningsforsøg. De anvendte nonionaktive detergenter tilhørte gruppen af alkoholethoxylater.

Detergentblandingen medførte ingen hæmning med hensyn til nedbrydning af ¹⁴C- mærket pyren.

Microkosmosforsøg

Microkosmosforsøgene /34/ blev udformet, således at risikoen for andre reaktioner end biologisk nedbrydning blev minimeret.

Over de første 4 måneder var nedbrydningen ubetydelig og antallet af phenanthrennedbrydende bakterier faldt, formentlig på grund af ændringer i pH ved tilsætning af næringssalte.

I løbet af de sidste 198 dage af microkosmosforsøget blev ca. 70% af alle de undersøgte ¹⁴C-mærkede PAH-stoffer (phenanthren, anthracen, fluoranthen, pyren, benzo(a)pyren) nedbrudt.

Kolonneforsøg

Desuden blev beluftning samt tilsætning af henholdsvis kompost og flis som strukturmaterialer undersøgt for effekt på nedbrydning af PAH i et kolonneforsøg. Ingen af de anvendte behandlinger medførte signifikant nedbrydning i løbet af de 126 dage, som forsøget varede. Dette skyldtes formentligt, at forsøgsbetingelser i jorden virkede hæmmende på PAH-nedbrydning, og bakterier ikke kunne nå at adaptere til forholdene.

5.2.4 Tekniske detaljer

Forureningsniveau i forsøgsjord

Jorden, der skulle behandles var opgravet i 1990, og blev sorteret med henblik på at fjerne træ, mursten, beton, og kraftig tjæreforurenet jord. Jorden lå indtil forsøgets opstart i juni 1994 i 2 miler inde på gasværksgrunden.

Homogenisering og startkoncentrationer

De 2 miler blev sammenblandet og homogeniseret, og partikler større end 80 mm blev frasorteret. Der blev udtaget 10 jordprøver til beskrivelse af startkoncentrationen i den sammenblandede jord. Koncentrationerne var i gennemsnit ca. 400 mg "total PAH"/kg TS (300 – 550 mg/kg TS).

Jordegenskaber

Den sammenblandede jord var beskrevet som sand, svagt leret og gruset med klumper af sandet ler, tegl, slagger, kul/koks, træstykker, skifer, skaldele, mørtel.

60% af jorden havde en kornstørrelse på < 4 mm. Hovedmængden af tjærestoffer (omkring 80%) fandtes i jordfraktioner mellem 0,5 – 4 mm.

Tjærepartikler

Stereomikroskopisk undersøgelse under varmepåvirkning viste, at en stor del af det målte tjæreindhold forekommer som relativt små usynlige tjærepartikler (<0,5 mm). Undersøgelse med fluorescerende tyndlags-mikroskopi belyste, at tjære findes både som tjærepartikler og som et tjærelag på overfladen af kvartspartikler.

Behandlingsprogrammet

Jorden blev herefter opdelt i 5 bunker, som afhængig af den planlagte behandling blev tilsat vand, næringssalte i form af NPK-gødning, træflis, kompost og detergentopløsning.

De 5 bunker blev herefter udlagt i 10 miler på hver ca. 30 tons. 5 miler (1G - 5G) blev udlagt i det fri og 5 miler (1B-5B) i det overdækkede tjærebassin. Tabel 5 viser de forskellige behandlinger.

Komposteringstid

Forsøget varede 71 uger (496 dage).

Vending

Jorden er vendt ved maskinel vending med gravemaskine 7 gange i forsøgsperioden.

Ventilering

Ventilering af mile 2B og 3B gav en luftgennemstrømning på 50 m³/time.

Gødskning

Under forsøget blev der tilsat NPK-gødning, kalksalpeter og vand til alle miler med henblik på at opnå det optimale niveau for nedbrydning. Tilsætning er udført i henhold til foretagne målinger af NPK samt fugtighedsmålinger.

Det optimale indhold af N, P og K er af Hedeselskabet oplyst at være:

Nitrattal: omkring 24 (24 mg N/kg jord)
Fosfortal: omkring 2 – 4 (20 – 40 mg P/kg jord)
Kaliumtal: omkring 8 (80 mg K/kg jord)

Vandtilsætning

Tilsætning af vand er udført i forbindelse med vending, dog med sprinkleranlæg for 2B og 3B. Det optimale vandindhold er på 60% af markkapaciteten.

I ca. 1 m´s dybde inde i hver mile var placeret et tensiometer til måling af jordens fugtighed.

Detergenttilsætning

Detergentopløsning til 4G og 4B blev tilsat i en 5% opløsning ved start af forsøget og yderligere to gange i forsøgsperioden. Der blev anvendt 2 non-ioniske detergenter i forholdet 1:1. I flere måneder var det ikke muligt at foretage tilsætning af detergenter på grund af jordens høje vandindhold. Der blev tilsat i alt 1,6 og 2,6 g detergenter/kg jord i henholdsvis mile 4G og 4B.

Ilt og kuldioxid i poreluft

Desuden er der i hver mile placeret et poreluftspyd til måling af ilt , kuldioxid og metan, henholdsvis 0,2 m, 0,5 m 0,8 m og ca. 0,1 m fra bunden.

5.2.5 Resultater

Blandningsprøver

Jordprøver til kontrolanalyser blev udtaget i forbindelse med vending (10 delprøver på 1 kg fra hver mile). Jorden blev blandet i en spand og store sten frasorteret. Herefter blev 10 jordprøver på 0,5 kg udtaget. Herefter blev 5 jordprøver fra hver mile sendt til de ordinære kemiske analyser for "total PAH" og for enkeltkomponenter. De resterende 5 prøver blev nedfrosset og herefter frysetørret til senere analyse.

Der er udtaget jordprøver i alt 12 gange i løbet af forsøgsperioden på 496 dage (71 uger).

Analysemetode

Jordprøver er ekstraheret med dichlormethan og vand ved anvendelse af ultralyd. Ekstrakterne er analyseret med GC/MS SIM for 12 PAH´er.

12 PAH´er

De 12 PAH´er er naphthalen, 1-methylnaphthalen, 2-methylnaphthalen, dimethylnaphthalen, acenaphthalen, phenanthren, fluoren, anthracen, fluoranthen, pyren, chrysen og benzo(a)pyren.

"Total PAH"

Desuden blev ekstraktet analyseret med GC/FID, hvorefter totalarealet er omregnet i forhold til respons for standard PAH, som et udtryk for "total-PAH". Disse beregninger af "total-PAH" er i andre undersøgelser ofte benævnt "total tjære" eller "total ekstraherbare stoffer".

I alt 720 ordinære jordprøver er analyseret for PAH-indhold umiddelbart efter prøvetagning, og efterfølgende er ca. 226 af de nedfrosne og frysetørrede prøver analyseret.

Korrelationsanalyse

Til at evaluere pålideligheden og anvendeligheden af de mange analyseresultater er der udført en korrelationsanalyse til at afklare, om der en korrelation mellem indholdet af "total PAH" og de mest almindeligt forekommende PAH’er. Korrelationsanalysen viste, at der generelt er dårlig korrelation mellem "total PAH" og enkeltkomponenter. Derimod er der en god korrelation mellem enkeltkomponenterne.

På dette grundlag er der ved vurdering af resultater af komposteringsforsøg anvendt data for følgende enkeltkomponenter: Phenanthren, anthracen, fluoranthen, pyren, chrysen og benzo(a)pyren.

Frysetørrede prøver

Der er desuden foretaget en sammenligning af indhold af PAH´er for ordinære og frysetørrede prøver. For de ordinære prøver er der fundet et signifikant lavere gennemsnitligt indhold for de udendørs miler (undtagen 1G) end for de indendørs miler samt 1G. De frysetørrede prøver viser ingen signifikant forskel i de gennemsnitlige koncentrationer for de 10 miler. Resultaterne ligger mellem resultaterne for henholdsvis de udendørs og indendørs ordinære prøver.

Det vurderes derfor, at jordens konsistens, herunder evt. vandindhold, har stor influens på bestemmelsen af PAH, ved den anvendte analysemetode.

Der skal her bemærkes, at der i de senere år har været megen diskussion om PAH-analysers pålidelighed og nøjagtighed og der anbefales nu en væsentlig længere ekstraktionstid end den, der har været anvendt under forsøget.

Store standardafvigelser

Der er fundet store afvigelser i resultaterne for prøver af blandingsjord udtaget fra samme forsøgsmile. Ligeledes er der ikke systematisk sammenhæng i den tidsmæssige udvikling. Dette illustreres ved den grafiske præsentation i figur 8 og 9 af data for 1G - 5G (de udendørs miler) for phenanthren og benzo(a)pyren, hvor søjlerne repræsenterer middelværdier for de ordinære prøver (de ikke-nedfrosne prøver).

Inhomogenitet

De store uregelmæssige variationer over tid kan skyldes, at en tjæreholdig delprøve fordeles i blandingsjorden og påvirker alle 5 prøver. De mange data illustrerer omfanget af problemet ved udtagning af prøver fra et inhomogent medie.

Herudover kan de førnævnte forhold, hvor ekstraktionseffektiviteten påvirkes af jordens konsistens og vandindhold, medføre tidsmæssige ændringer, som ikke kan relateres til biologisk nedbrydning.

Regressionsanalyse

For at kunne vurdere, om der er sket reduktion i indholdet af PAH, var det nødvendigt til at foretage statistisk behandling af data i form af regressionsanalyser. Ved regressionsanalyser er den mest sandsynlige lineare reduktion i indholdet af PAH´er i prøverne over tiden estimeret med et signifikansniveau for reduktion i PAH-indhold på 5%.

Der er fundet en signifikant reduktion i indholdet af phenanthren, fluoranthen, chrysen, pyren og benzo(a)pyren i 5 af forsøgsmilerne, heraf de to miler uden behandling.

Med hensyn til reduktion af PAH over tid er rangordenen for forsøgsmiler, som følger:

5G > 1B, 1G, 4B, 4G >> 3B, 3G, 2G >>> 2B, 5B

Under feltforsøget er der sideløbende udført microkosmos-forsøg med jorden fra 1G - 5G med tilsætning af ¹⁴C-mærket phenanthren og pyren. Forsøget viste, at op til omkring 60% af den tilsatte mængde ¹⁴C-mærket phenanthren blev omsat inden for 30 dage, og op til 40% pyren inden for 90 dage. Dette dokumenterer jordens naturlige evne til at nedbryde PAH.

Halveringstid

Halveringstiden, t½, er den tid det tager for startkoncentrationen at reduceres til det halve. Halveringstiden er på omkring 400 – 800 dage. Halveringstiden viser ingen tendenser i forhold til de enkelte stoffer (f.eks. længere halveringstider for PAH´er med mange ringe), eller i forhold til en specifik behandling. Til sammenligning var halveringstiden for de tilsatte ¹⁴C-mærkede PAH’er ved laboratorieforsøget (microkosmosforsøget) på mellem 110-133 dage.

RAMBØLL konkluderer, at tilsætning af flis og kompost ikke har medført nogen positiv effekt med hensyn til fjernelse af PAH´er, men tværtimod har hæmmet nedbrydningsprocessen.

Tilsætning af detergenter har ikke medført øget fjernelse af PAH i forhold til fjernelse af PAH´er i kontrolmilerne (uden vending). Fjernelse af PAH på 24 - 45% over en periode på 496 dage er observeret, men kan ikke entydigt henføres til den behandling, forsøgsmilerne har undergået. Reduktionen svarer til en halveringstid på mellem 529 - 967 dage for de enkelte PAH’er.

Slutniveauer efter 496 dage var på 200 - 300 total tjære mg/kg. Det procentuelle fald i koncentrationerne for flere (men ikke alle) målerunder illustreres for 5G i tabel 6.

Det blev vurderet /29/, at det ikke er realistisk at forvente en fuldstændig nedbrydning/reduktion af PAH-komponenter i jorden fra Frederiksberg Gasværk ved en forsøgsopstilling af biologisk on-site nedbrydning.

Det vurderes sammenfattende at den beskrevne nedbrydning af jord fra Frederiksberg Gasværk illustrerer "modningsfasen", hvor der sker en langsom nedbrydning af de svært nedbrydelige stoffer. Det kan tænkes, at der er sket en vis nedbrydning af tjæren i perioden fra opgravning til forsøget blev iværksat, svarende til "stabiliseringsfasen".