Gasværkspakkeprojekterne

8. Udenlandske erfaringer

Næsten alle mellemstore byer i de industrialiserede lande har haft et gasværk til produktion af energi til private husstande og til industrien. Da gasværkerne var meget forurenende anlæg, og oftest blev placeret i bymidten, er oprensning af gamle gasværksgrunde et emne, som har fået meget omtale i den internationale litteratur.

I 1995 blev der afholdt et internationalt symposium om oprensning af gasværker, hvor alle former for oprensningsteknologier og problemstillingen ved oprensning og nedrivning af installationer blev belyst /46/. Følgende tre projekter under Miljøstyrelsens Gasværkspakke blev præsenteret ved symposiet:

I dette kapitel er erfaringer fra symposiet og anden international litteratur inddraget for at illustrere udviklingen inden for emnet over de sidste 5 år.

8.1 Nationale programmer

British Gas

I Storbritanien ejer British Gas over 1000 gasværker og det er vurderet, at der har eksisteret omkring 3500 anlæg gennem tiden. British Gas /47/ har iværksat et forskningsprogram til at evaluere metoder til at forbedre og standardisere undersøgelser og oprensning af de gamle gasværker. Disse programmer kan sammenlignes med det arbejde, der er udført af Oliebranchens Miljøpulje i Danmark.

British Gas /47/ anbefaler, at der altid udarbejdes nødplaner som tillæg til afværgeprojekter. Deres erfaringer er, at der findes betydelig variation i de aktuelle fysiske og kemiske forhold, som konstateres under oprensning i forhold til de forventede forhold, på trods af detaljerede undersøgelser.

NATO/CCMS

Under NATO/CCMS (Committee for Challenges to Modern Society) pilotstudiet er de forskellige nationale programmer vedrørende forurenede grunde beskrevet /48/. NATO/CCMS samarbejdet omfatter erfaringsudveksling vedrørende afværgeteknikker.

US-EPA superfund

I USA findes der under CERCLA (Comprehensive Environmental Response and Liability Act), almindeligt kendt som "Superfund", et program til evaluering af innovativ teknologi ( SITE- Superfund Innovative Technology Evaluation) /48/.

EPRI

Ligeledes i USA har "Electric Power Research Institut (EPRI)" /49/ i over 25 år været aktive med forskningsprojekter til at forbedre undersøgelser, risikovurderinger, oprensning og kontrol ved ændret anvendelse af tidligere gasværksgrunde.

8.2 Oversigt over afværgeteknologier

Analysen af afværgeforanstaltninger ved mere end 500 gasværksgrunde i USA. /50/ har belyst, at de mest anvendte teknikker har været:

Behandling og deponering er næsten altid sket ex-site

I tabel 8 gives en oversigt over en række teknologier, som har været anvendt eller er foreslået anvendt til oprensning af gasværksgrunde.

Disse teknikker er beskrevet i de følgende afsnit.

8.2.1 Afgravning og fysisk behandling on-site/ex-site

Depoter

Afgravning og deponering i specialdepoter /51/ er blevet mindre aktuelle på grund af miljømæssige overvejelser.

Forbrænding i kraftværker

Afgravning og behandling ved afbrænding med kul eller andre energikilder i kraftværker er meget almindeligt, og flere projekter kan forventes i fremtiden. Forskning i disse tiltag er i gang i USA /51/. Metoden er anvendelig ved kraftigt forurenet jord samt ren tjære, som blandes med knust kul eller træflis. Det forurenede materiale kan udgøre 3 – 5% af det anvendte brændsel /52,53/.

Inkorporering

Der foregår undersøgelser for at vurdere om tjære eller meget forurenet jord kan inkorporeres i asfalt, mursten og beton /51,54/. Inkorporering i mursten kræver finkornet jord, mens der for asfalt kan accepteres grovkornet materiale /55/.

Termisk desorption

Termisk desorption består af opvarmning af forurenet jord, således at tjæren frigives som damp og kan opsamles som kondensat, dvs. en opkoncentrering af forurening. Jord med meget høje koncentrationer af tjære eller tjæreklumper kan ikke behandles, med mindre det blandes med mindre forurenet jord. I /56/ er 5 oprensningsprojekter, hvor der er anvendt ex-site og on-site anlæg, blevet sammenlignet ud fra de økonomiske rammer. On-site behandling er cost-effektive ved større mængder jord (> 10.000 tons). Generelt er behandlingspris/ton jord ved behandling af mindre mængder jord (< 1.000 tons) væsentlig højere end ved større mængder jord.

I /57/ er omtalt anvendelse af to supplerende termiske teknikker. 30.000 tons mindre forurenet jord med en gennemsnitskoncentration på 760 ppm hydrocarboner blev behandlet ex-site ved termisk desorption (ved ca. 500 °C). Mere forurenet jord med typiske koncentrationer på 20.000 mg kulbrinter/kg (2% tjære) blev behandlet ved en to-trins termisk destillation (temperatur på henholdsvis ca. 300ºC og 1000ºC). Processen foregik ved undertryk og med atmosfære af nitrogen.

Jorden blev oprenset til at indeholde mindre end 50 mg kulbrinter/kg. For at opnå lavere restkoncentration ved anvendelse af den rensede jord til boligformål blev jorden behandlet yderligere efter behov.

Termisk destillation

Jorden kan renses ved anvendelse af vanddamp, hvor temperaturen er mellem 150 – 250 °C. Forurening som tjære, kreosot eller PCB destilleres med vanddamp /58/. Fint leret materiale skal behandles suspenderet i vand (slurry), mens grove materialer kan behandles tørt. Forurening i vanddampfasen føres over en adsorbent, hvorved forureningen opsamles. Forureningen kan opkoncentreres ved termisk desorption eller ekstraktion med opløsningsmidler. Vanddamp, adsorbent og evt. opløsningsmidler kan genbruges. Tjærekoncentratet kan sendes til destruktion eller genanvendes.

Jord med forureningsniveauer på 1.000 – 5.000 mg/kg er nedbragt til under 10 mg/kg i et pilotanlæg /58/. I kommerciel skala forventes anlægget at behandle 2 tons/time.

Afslibning af tjærefasen

"Clean soil process"-CSP /59/ er en innovativ proces, hvor den forurenede jord blandes sammen med knuste kulpartikler og vand. Den resulterende suspension (mudder) tromles intensivt i en beholder. Jordklumper findeles og kulpartikler klæber til tjære- eller olieoverfladen på jordpartiklerne. Det organiske lag bliver tykt og hårdt, og jordpartiklerne gnider mod hinanden indtil kuloverfladen knækkes/afslibes. De organiske partikler (forurening) og mineralpartikler (jord) separeres med densitetsseparation og flotation.

De organiske tjære/kulpartikler kan efterfølgende afbrændes, f.eks. i et kraftværk. Processen kan kombineres med en efterfølgende behandling ved termisk desorption for at opnå en oprensning ned til mindre end 100 ppm.

Processen er afprøvet i pilotanlæg og fungerer på forurenet jord med koncentrationen over 1% tjære. Processen er billigere end afbrænding. Anlæg i kommerciel skala kan forventes at behandle mindst 10 tons/time. Genanvendelse af kul eller koks, som findes som affald på gasværksgrundene, kan reducere de mængder kul, som skal indkøbes.

Ekstraktion

I /60/ er forurenet jord behandlet i et mobilt anlæg on-site. Forurenet jord er knust og behandlet med to forskellige blandinger af forskellige hydrofile og hydrofobe opløsningsmidler ved en to-trins behandlingsmetode ved 55ºC og ved atmosfærisk tryk med atmosfære af nitrogen. Tjæren er ekstraheret fra jorden i et opløsningmiddel. Tjæren opkoncentreres herefter ved destillation. Forurenet jord med op til 5% tjære kan behandles. Opløsningsmidler regeneres og genbruges.

8.2.2 Afgravning og biologisk behandling on-site/ex-site

Kompostering i lukkede miler

Ved et større gasværk i Paris, Frankrig /61/ er der iværksat biologisk behandling i to lange udgravninger på i alt 8.250 m² til behandling af 15.000 m³ jord. Forurenet jord med 500 – 8.000 mg tjære/kg blev behandlet.

Der blev etableret geomembraner og perkolatopsamling i bunden af udgravningerne. Jorden blev udlagt i udgravningerne i lag med fordelingsrør til vand og luft. Før udlægning blev jorden sorteret, sigtet, homogeniseret og tilsat gødning. Ventilationssystemet blev projekteret således, at det kunne suge eller puste luft gennem jordlagene med en kapacitet på 900 m³ /t. Resultaterne fra mindre end 1 års drift blev præsenteret ved symposiet i 1995. Der blev målt faldende koncentrationer af PAH. Det forventede slutniveau for oprensningen blev ikke defineret. Ligeledes blev samplingsstrategien til håndtering af evt. variationer i forureningsniveauer i jorden heller ikke belyst.

Biopiles

I Canada /62/ er der rapporteret biologisk behandling i biologiske bunker "biopiles". De flygtige stoffer blev fjernet i et biofilter før luften blev udledt til atmosfæren. I hver "biopile" blev behandlet 6.000 m³ jord. Biopilen blev drevet under optimale nedbrydningsforhold ved kontrol af pH, temperatur, vandindhold og ved tilsætning af næringsstoffer og bakterier.

Efter 12 uger var der fjernet ca. 80% af total PAH-indhold (målt som sum af US- EPA 16 PAH), som ses i tabel 9.

Som det ses af tabel 9, er reduktionen af de <4 ringede PAH´er hovedårsagen til faldet i PAH-indhold fra 1.000 til 200 mg/kg indenfor 12 uger.

Jordforbedringsmidler

Diverse tilsætninger af næringssalte og jordforbedringsprodukter (partikler med organisk overflade til forbedring af de bakterielle vækstbetingelse) er desuden nævnt i litteraturen. I /63/ nævnes en reduktion fra 700 mg PAH/kg til mindre end 200 mg/kg inden for 200 dage, men restforureningen bestod primært af 4 – 6 ringede PAH´er.

Landfarming

Dokumentation af effektiv biologisk nedbrydning er ofte mangelfuld. I Storbritannien /64/ er der udført pilotskala afprøvning af landfarming med henblik på at levere afgørende dokumentation for, at biologisk nedbrydning er årsagen til reduktion i forureningsniveauer over tid. Pilotforsøget er udført uden tilsætning af bakterier, idet der tidligere har været isoleret op til 300 naturligt forekommende PAH-nedbrydende bakteriearter fra gasværksjord. Projektet omfatter 126 m³ (225 tons ) jord i et lag på 60 cm. Jorden blev kultiveret i perioden fra marts til oktober og vandet efter behov. Over en periode på 33 måneder er der udtaget 366 prøver, svarende til 1 prøve pr. 5 tons pr. prøvetagning. Der blev dokumenteret et signifikant fald i koncentrationerne over de første 17 måneder. Herefter er reduktionen beskeden eller manglende.

Nedbrydning med svampe

I /65/ nævnes, at der er forskning i gang til vurdering af biologisk nedbrydning af forurenet jord med svampe, idet der er indikationer på, at svampe er bedre til at nedbryde netop de tungere PAH´er end bakterier. Svampe dyrkes først på et cellulosemedie og blandes herefter med jorden.

I /66/ er tre svenske afværgeprojekter vurderet, som omfattede bionedbrydning, både in-situ og ex-site. Generelt var der mangel på konkluderende data, både med hensyn til type og antal af målinger. Der blev ikke anvendt indikatormålinger til at følge udviklingen.

Bioreaktor

I forhold til kompostering eller landfarming kan nedbrydning forbedres ved at etablere en jord/vand suspension, som behandles i en reaktor, hvor temperatur, ilt, tilsætning af næring, m.v. optimeres /67/.

Kemisk biologisk behandling

Kombineret kemisk og biologisk behandling /68/ er en forbedring af biologisk behandling i reaktor.

Normal nedbrydning under aerobe forhold er velegnet til nedbrydning af de 3- 4 ringede PAH´er. Det er dog problematisk at nedbryde de 4 – 6 ringede PAH´er, med mindre de oxideres kemisk til mere nedbrydelige stoffer ved hjælp af hydrogenperoxid og jern(II) salte. Hvis tjæren indeholder forholdsvis store mængder af 3- 4 ringede PAH´er, er det foreslået, at jorden først nedbrydes ved traditionel biologisk behandling i reaktor, se tabel 12. Når nedbrydningshastigheden falder, anvendes kemisk behandling. Ved forureninger, som hovedsagelig består af de tungere 4- 6 ringede PAH´er, anbefales det at foretage en indledende kemisk forbehandling for at oxidere forureningen før den biologiske behandling. Kemiske og biologiske behandlinger kan anvendes successivt, indtil oprensningsniveauet er nået. Jo flere behandlingstrin, jo dyrere er oprensningen.

8.2.3 In-situ metoder

In-situ metoder som bioventing, forceret udvaskning og vacuumekstraktion er lovende metoder til flygtige og semi-flygtige stoffer i den umættede zone /11, 49/. Air sparging fjerner flygtige komponenter i den mættede zone.

Vacuumekstraktion

Det bemærkes, at der før afgravning af den gasværksforurenet jord er udført in-situ vacuumekstraktion "soil-venting" med henblik på at øge den biologiske nedbrydning og fjerne flygtige stoffer således, at lugt og sundhedsmæssige gener under afgravningen er minimeret /62/. De flygtige stoffer fjernes i et biofilter før luften udledes til atmosfæren.

Elektroteknikker

Udvikling af en innovativ teknik, som kombinerer elektroteknikker til at frigive og omdanne forurening efterfulgt af mikrobiologisk nedbrydning af de nedbrydelig komponenter, er omtalt i /69/ som en metode, der undersøges i Holland.

DNAPL

Opsamling af olie- eller BTEX-fase ovenpå vandspejlet (LNAPL- Light Non-Aqueous Phase Liquids) ved anvendelse af opsamlingsbrønde er kendt fra afværgeforanstaltninger for olieforurening. Teknikken kan være relevant ved forurening fra vandgasanlæg, spaltgasværker eller ved benzolanlæg (benzendestillationsanlæg). Tjære fra kulgas anlæg er dog ofte til stede som en tung fase (DNAPL- Dense Non-Aqueous Phase Liquids). DNAPL´er er tungere end vand, og har en tendens til at synke til bunds i et grundvandsmagasin og i øvrigt sprede sig i nedadgående retninger i magasinet.

Termisk ekstraktion

Tjærefasen kan normalt ikke behandles in-situ. Processer, som anvender termisk ekstraktion (thermal enhanced vapour extraction), kan imidlertid ved anvendelse af vanddamp, varm luft eller anden opvarmingsteknik, f.eks. elektromagnetisk (EM-opvarming) /70/ forbedre ekstraktionen af tjære fra jorden. In-situ opvarmning kan også anvendes til at reducere viskositeten af tjære. Tjæren skal dog opsamles for at forhindre yderligere spredning og forurening.

De fleste flygtige komponenter BTEX, naphthalen m.v. kan fjernes ved bioventing, airsparging eller vakuumekstraktion, samtidigt med at disse teknikker ofte fremmer den naturlige nedbrydning ved at tilføre ilt til jorden eller grundvandet /71,72/.

Forsegling

Overdækning for at forhindre kontakt med forurening, afdampning af flygtige stoffer, opadgående transport eller udvaskning af forurening til grundvandet kan udføres med forskellige materialer. De bedste materialer er tilsyneladende komposit geomembraner, især hvis de kombineres med kapillarbarrierer /73/.

Detergenter

I /74/ er beskrevet, hvorledes detergenternes egenskaber målt som zeta potentiale, kan anvendes til at bestemme, hvilke detergenter der er optimale i den aktuelle jordart og med den aktuelle forureningstype. I artiklen er en kationisk detergent fundet mere egnet til at øge mobiliteten af tjærestoffer end anioniske eller nonioniske detergenter i laboratorieforsøg. I artiklen bemærkes desuden muligheden af at kombinere elektrokinetiske metoder med overfladeaktive stoffer. Tilførsel af detergenter kan anvendes in-situ og som behandling i forbindelse med andre on-site eller off-site processer, såsom biologisk kompostering eller ekstraktionsmetoder.

Hydraulisk isolation ved anvendelse af afværgepumpning, immobilisering ved anvendelse af vertikale vægge/barrierer -"slurry walls" /75/ (spunsvægge, bentonite, geomembraner, HDPE-high density polyethylen) eller on-site behandling kan anvendes på forurenet grundvand /11/.