Afprøvning af ny elektrokemisk metode til oprensning af olieforurenet jord og grundvand 2. Baggrund og formål2.1 BaggrundGeooxidation Der er i de seneste år iværksat en række in-situ oprensninger på olieforurenede grunde via en metode lanceret under navnet "Geooxidation". Størsteparten af sagerne iværksat i Danmark er udført som forsøgsprojekter i forbindelse med oprensninger udført for Oliebranchens Miljøpulje. Det første forsøgsprojekt blev igangsat af Oliebranchens Miljøpulje (OM) i 1996. Perspektiver De perspektiver der blev stillet i udsigt af det tyske entreprenørfirma, der introducerede oprensningsmetoden i Danmark, var en økonomisk konkurrencedygtig in-situ metode, der muliggjorde oprensning af olieforureninger også i lavpermeable jordtyper, hvor traditionelle in-situ metoder som airsparging og ventilation ikke har væsentlig effekt. Metoden har endvidere ifølge de tyske in-situ entreprenører den fordel, at oprensningstiden er 3-12 måneder. Dette er betydeligt mindre en normale in-situ oprensninger. Dokumentation På grund af en række mangler i dokumentationen af metodens effektivitet blev det første projekt udført af den tyske entreprenør som et demonstrationsprojekt efter et "no cure, no pay" princip. Efter en driftsperiode på ca. ét år blev der ved to prøvetagningsrunder ikke konstateret indhold af olieprodukter over de fastsatte oprensningskriterier, og oprensningen blev i første omgang godkendt af myndighederne. Efterfølgende kontrolmålinger udført på OM's egen foranledning har dog vist, at der fortsat i et mindre område er oliekoncentrationer over oprensningskriterierne på ejendommen. På baggrund af de lovende perspektiver mht. pris, tidshorisont og oprensningsmuligheder i lavpermeable jorde m.v., blev en række yderligere forsøgsprojekter igangsat af OM i perioden fra 1997-1998 for at afklare den generelle anvendelighed af metoden. Valg af lokaliteter Forsøgsprojekterne er udført på lokaliteter, hvor der ikke har været oplagte alternativer til fjernelse af forureningen. De fleste af forureningerne har således ikke umiddelbart kunnet opgraves. Endvidere har de geologiske forhold på ejendommene generelt vanskeliggjort oprensning med velkendte og veldokumenterede oprensningsmetoder. Virkningsprincip Den elektrokemiske metodes virkningsprincip består i at påføre den olieforurenede jordmatrice en relativ svag elektrisk jævnstrøm. Strømmen påføres ved hjælp af elektroder, som oftest i form af jernspuns, der vibreres ned i jorden eller som nedborede jernrør. Forklaringsmodeller Der er forsøgt opstillet flere forklaringsmodeller for metodens virkningsprincip. Fælles er, at der skelnes mellem to fænomener:
Elektrokinetisk transport De elektrokinetiske transportprocesser er teoretisk velbeskrevne processer, hvor opløste stoffer kan transporteres i det elektriske felt som følge af bl.a. elektromigration, elektroosmose og diffusion /1,2 /. Fordelene ved de elektrokinetiske metoder er især muligheden for at behandle lavpermeable jorde in-situ. Inden for de sidste ca. 10-15 år er der sket en kraftig udvikling i anvendelsen af elektrokinetiske metoder til oprensning af tungmetalforurenet jord /3-8/. De seneste år er der endvidere udviklet og afprøvet elektrokinetiske metoder til oprensning af organiske forureningskomponenter /9-10/. De elektrokinetiske metoder er i laboratorieforsøg og enkelte feltforsøg bl.a. anvendt til oprensning af svage organiske syrer og phenoler /11-12/, PAH'er /13/, BTEX´er og kulbrinteblandinger /14/, chlorerede opløsningsmidler /15/ og herbicidet 2,4-dichlorphenoxycarboxylsyre (2,4 D) /16/. De elektrokinetiske transportprocesser er bl.a. anvendt til tilsætning og transport af næringssalte /17,18/, kemiske oxidationsmidler /19,20 /, overfladeaktive stoffer /13/ og bakterier /21,22 /. Desuden kan elektrokinetiske metoder integreres med behandlingszoner indlagt i det elektriske felt, hvor forureningen f.eks. enten kan sorberes eller nedbrydes /23/. Endvidere kan den elektrokinetiske transport anvendes til styring af den hydrauliske gradient f.eks. i forbindelse med afværge /4/. En række faktorer kan indvirke på det elektroosmotiske flow, herunder bl.a. jordens elektroosmotiske permeabilitet, porevandets ledningsevne, vandindhold og ion-sammensætning. Der kan være flere problemer ved anvendelsen af elektrokinetiske metoder til in-situ oprensning af forurenet jord, bl.a. langsom transporthastighed, konditionering- og vandbehandlingsproblemer. Endvidere kan der opstå ustabile driftsforhold som et resultat af f.eks. problemer med pH-styring, udtørring, sprækkedannelse og udfældning af metaller og mineraler ved katoden. /23,24 / Elektrokemisk inducerede reaktioner De elektrokemisk inducerede reaktioner i jordmatricen er en ny indgangsvinkel til anvendelsen af elektrisk jævnstrøm på en jordmatrice. Sideløbende med de elektrokinetiske processer forventer de entreprenører, der anvender metoden, at der sker en række elektrokemisk inducerede reaktioner, som medfører en øget nedbrydning af forureningskomponenter i jordmatricen mellem elektroderne. Det er således elektrokemisk inducerede reaktioner i jordmatricen, der er den bærende ide i metoden. I det følgende præsenteres to af de forklaringsmodeller, der er forsøgt opstillet. Model 1 Kemisk oxidation Da metoden blev introduceret i Danmark under navnet "Geooxidation" lancerede entreprenøren den som en metode, der vil medføre en fuldstændig kemisk oxidation af næsten alle organiske forureningskomponenter til kuldioxid og vand i alle jordtyper /25/. Nedbrydningen forventes at ske som følge af kemisk oxidation ved dannelsen af kraftige kemiske oxidationsmidler på de enkelte jordkorn. Der er ikke fremlagt fyldestgørende dokumentation, hverken fra in-situ projekter eller laboratorieforsøg, der kan underbygge de postulerede reaktionsveje. De diskuterede forklaringsmodeller indeholder endvidere en række teoretiske problemer, bl.a. kræver de diskuterede reaktionsveje normalt tilførsel af høje energimængder, og vil kun forløbe på elektrisk ledende overflader (de fleste jordmineraler er at betragte som isolatorer). Model 2: Elektrisk ledende jordmineraler En anden forklaringsmodel udviklet på Dresden Universitet i Tyskland bygger på tilstedeværelsen af elektrisk ledende jordmineraler i jordmatricen som f.eks. grafit og magnetit /26/. Det forventes, at der sker elektrokemisk inducerede redoxreaktioner på overfladen af de elektrisk ledende partikler, der medfører en nedbrydning af organiske forureningskomponenter. Der er til dokumentation af sidstnævnte forklaringsmodel udført laboratorieforsøg med tilsætning af elektrisk ledende mineraler til en modeljord. Af forsøgsresultaterne fremgår det, at tilstedeværelsen af elektrisk ledende mineraler tilsyneladende medfører en øget nedbrydning af bl.a. PAH-forbindelsen anthracen /26/. Forsøgsresultaterne er forsøgt eftervist på Aalborg Universitet, hvor der dog tilsyneladende under de samme forsøgsbetingelser ikke kunne konstateres en nedbrydning af anthracen /27/. Årsagen til problemerne med at reproducere forsøgsresultaterne er ifølge D. Rahner, Dresden Universitet, det forhold, at redoxbetingelserne i jorden har afgørende indflydelse på hvilke reaktioner der vil forløbe, og dermed om en nedbrydning vil forekomme/28/. Ud over tilstedeværelsen af elektrisk ledende jordmineraler kræver forklaringsmodellen således tilsyneladende, at de naturligt forekommende redoxbetingelser, f.eks. tilstedeværelsen af ilt, nitrat, jern(III) m.v., er gunstige i forhold til en nedbrydning af forureningen. Forklaringsmodellen nærmer sig derved en model for stimuleret naturlig nedbrydning. Status Sammenfattende må det konkluderes, at der er stor usikkerhed om hvilke kemiske og/eller biologiske processer det elektriske jævnstrømsfelt kan påvirke, der evt. kan forklare en nedbrydning af organiske forureningskomponenter. 2.2 FormålTeknologiprojektets udgangspunkt Teknologiprojektet tager sit udgangspunkt i ét feltprojekt med den elektrokemiske metode, der er igangsat med Oliebranchens Miljøpulje som bygherre. Teknologiprojektet er endvidere undervejs blevet udvidet til også at inddrage en erfaringsopsamling fra de øvrige forsøgsprojekter udført for Oliebranchens Miljøpulje. Baggrunden for teknologiprojektet er således, at der uden forudgående videnskabelig dokumentation er iværksat en række oprensninger med den elektrokemiske metode. Miljøstyrelsen og Oliebranchens Miljøpulje har fundet det af væsentlig generel interesse, at tilvejebringe et udbygget kendskab til metodens eventuelle oprensningseffekt. Dette kendskab etableres dels gennem en detaljeret monitering på ét feltprojekt, og dels gennem en sammenstilling af erfaringer fra de øvrige gennemførte afværgeprojekter med metoden. Formålet med teknologiprojektet er opdelt i en række hoved- og delmål. Hovedformålet med projektet har været: Hovedformål
Delformål Delformål med teknologiprojektet har været med udgangspunkt i det gennemførte feltprojekt:
|
|||