Reduktion af krom(VI) i grundvand ved hjælp af jernspåner

5. Fremgangsmåde

5.1 Kolonnerne
5.2 Anvendte jerntype
5.3 Kolonneforsøg I: Kapacitetstest
5.4 Kolonneforsøg II: Kapacitetstest
5.5 Kolonneforsøg III: Udløbstest
5.6 Analyser

5.1 Kolonnerne

Alle de anvendte kolonner var fremstillet af plexiglas og havde en indvendig diameter på 54 mm, en materialetykkelse på 5 mm og en længde på 245 eller 495 mm. Baggrunden for anvendelse af forskellige kolonnelængder er, at kolonnerne pga. deres forskellige flow, Fe-% og Cr-koncentrationen vil have vidt forskellig levetid. Prøveporte var placeret på langs af kolonnerne med en indbyrdes afstand på 20 mm (245 mm kolonner) eller 25 mm (495 mm kolonner). Figur 1 viser en skitse af en 495 mm kolonne:

Figur 1: Skitse af 495 mm – kolonne.

Alle kolonner blev i bunden tilført en kromatopløsning fra en beholder, som jævnligt (efter behov) blev efterfyldt. Kromatopløsningerne blev fremstillet på baggrund af stamopløsninger fremstillet med K₂Cr₂O₇. Til fremstilling af indløbsopløsningerne anvendtes postevand, dog grundvand opsamlet fra Sct. Clara Vej i visse af kolonnerne i Kolonenforsøg I, - se senere. Der blev anvendt flere forskellige peristaltiske pumper og slangekombinationer for at opnå det ønskede flow i alle kolonner. Beholderen med kromatopløsningen var forbundet til kolonnerne vha. teflonslanger, over pumpen dog blødere PVC-slanger. Opstillingen er skitseret i figur 2:

Figur 2: Skitse af forsøgsopstilling

5.2 Anvendte jerntype

De i denne rapport beskreve forsøg er alle udført ved anvendelse af den samme jerntype. Jerntypen er af samme type, som påtænkes anvendt i filteret ved Sct. Clara Vej. Data for jerntypen fremgår af nedenstående:

Ud over ovennævnte findes der på markedet andre kommercielt tilgængelige egnede jernspåneprodukter, bl.a. ’Master Builder’ og ’Gotthart Maier’-typerne. Af de tre omtalte jerntyper, er Gotthart Maier-produktet det eneste, som er fremstillet i Europa.

5.3 Kolonneforsøg I: Kapacitetstest

Fra Sct. Clara Vej nr. 54 blev den 5. oktober 1998 udtaget en grundvandsprøve (~ 50 liter) fra en til formålet nyetableret boring. Placeringen var valgt på baggrund af tidligere målinger (HOH Vand & Miljø) således at det kunne forventes, at grundvandet ville indeholde en anselig mængde Cr(VI). Prøven blev transporteret til Institut for Miljøteknologi hvor den opbevaredes på køl ind til den blev brugt i forsøg (Kolonneforsøg I). For at få resultater inden for en overskuelig tid, blev det oppumpede grundvand tilsat yderligere kromat således, at det nåede en gennemsnitlig koncentration på ca. 20 ppm svarende til koncentrationen i kolonnerne baseret på postevand.

Kolonner med 5% og 10% (masse) jernspåner blev tilført kromatopløsning baseret på enten postevand eller på Sct. Clara Vej-grundvand. Ud over kolonner med 5% og 10% jernspåner blev en enkelt kolonne opstillet med 25% jernspåner, men pga. en begrænset mængde grundvand fra Sct. Clara Vej, blev kun en kolonne med postevand-baseret kromatopløsning opstillet. I tabel 1 ses en oversigt over de opstillede kolonner. Alle kolonner blev tilført kromatopøsning i et flow på ca. 80 milliliter per time.

Til forskellige tidspunkter efter start udtages prøver til fastlæggelse af kromatprofilets placering til det givne tidspunkt og på baggrund heraf beregnes kapaciteterne for de enkelte kolonner. Prøverne (ca. 3 milliliter) blev udtaget fra prøveportene placeret på kolonnernes sider vha. en kanyle og en engangs-plasticsprøjte. Prøverne konserveredes med konc. HNO₃, ca. 1% per vol. og opbevaredes på køl indtil de blev analyseret.

Tabel 1: Oversigt over Kolonner i Kolonneforsøg I.

5.4 Kolonneforsøg II: Kapacitetstest

På baggrund af resultaterne af Kolonneforsøg I opstilledes Kolonneforsøg II hvor kolonner blev opstillet med variation i følgende parametre: Blandingsforhold mellem jern og sand, koncentrationsniveau (højt/lavt), strømningshastighed samt pH i indløbet til kolonnen. Alle kromatopløsninger blev baseret på postevand efter at det på baggrund af resultaterne i Kolonneforsøg I blev vurderet ikke at gøre den store forskel hvilken af de to vandtyper der anvendtes.

Af nedenstående tabel 2 fremgår designparametre for de opstillede kolonner Kolonneforsøg II.

Tabel 2: Oversigt over kolonner i Kolonneforsøg II.

5.5 Kolonneforsøg III: Udløbstest

Kolonneforsøg III blev gennemført med en enkelt kolonne designet til at simulere det aktuelle filter ved Sct. Clara Vej bedst muligt. Således var kolonnen pakket med 100% jernspåner og der blev anvendt et flow på ca. 415 mL/time (tæt på strømningshastigheden i Sct. Clara Vej-filteret). Til forskel fra den forventede koncentration ved Sct. Clara Vej, belastedes kolonnen med en Cr(VI)-koncentration på ca. 23 ppm, hvilket er noget højere end det forventede gennemsnit ved Sct. Clara Vej. Dette var nødvendigt for inden for overskuelig tidshorisont (2-3 uger), at kunne konstatere et gennembrud i kolonnen. Dette vurderes på baggrund af det samlede datamateriale ikke at påvirke de fundne kapaciteter eller den samlede effektivitet, idet det bemærkes at såfremt en effekt skulle eksistere, vil denne være ’positiv’ i den forstand at man i givet fald vil undervurdere Sct. Clara Vej-filterets effektivitet.

Prøveudtagningen fra udløbstesten (Kolonneforsøg III) foregik en smule anderledes end i kapacitetstestene (Kolonneforsøg I-II) idet alle prøver blev taget direkte fra kolonnens udløb (i modsætning til fra prøveportene på langs af kolonnen). Til hvert prøveudtagningstidspunkt blev udtaget to prøver hvoraf den ene blev centrifugeret. De første 3x2 udtagne prøver blev ikke konserveret idet de blev analyseret inden for relativ kort tid, mens de efterfølgende blev konserveret med 1% per vol. konc. HNO₃.

5.6 Analyser

I Kolonneforsøg I-II blev alle de udtagne prøver analyseret på AAS (Perkin Elmer, 5000 Atomic Absorption Spectrophotometer) for totalt indhold af krom. Detektionsgrænsen på det anvendte apparatur ligger på ca. 0,05 ppm. Forud for analyse, var evt. partikulært stof i prøverne (ikke til stede i synlige mængder) bundfældet, og det målte kromindhold antages således at repræsentere Cr(VI)-indholdet i prøven. Dette er underbygget af analyser foretaget af uafhængigt laboratorium, som underbyggede antagelsen om, at der ikke indgik partikulært krom i den på AAS målte størrelse under de givne omstændigheder.

Fra udløbstesten (Kolonneforsøg III), blev udvalgte prøver endvidere sendt til analyse hos uafhængigt laboratorium for at påvise tilstrækkelig lav koncentration (detektionsgrænse ved anvendte metode: 0,003 ppm), hvilket som nævnt ikke var muligt på ovennævnte apparatur som har en detektionsgrænse på ca. 0,05 ppm.