Afprøvning af ny elektrokemisk metode til oprensning af olieforurenet jord og grundvand

6. Resultater fra teknologiprojektet

6.1 Udvikling i forureningskoncentrationen
6.1.1 Jord
6.1.2 Grundvand
6.1.3 Poreluft
6.2 Andre parametre
6.3 Sikkerhedsmæssige forhold

Hovedresultaterne fra feltprojektet præsenteres i dette kapitel. Analyseresultaterne fra det gennemførte moniteringsprogram er endvidere gengivet i bilag B, sammen med analyseresultater for prøver udtaget for Oliebranchens Miljøpulje. Placering af boringer m.v. er angivet på situationsplanerne i bilag A.

6.1 Udvikling i forureningskoncentrationen

Der er foretaget monitering af forureningskoncentrationen i jord, grundvand og poreluft i henhold til moniteringsprogrammet, der er beskrevet i afsnit 5.2.

6.1.1 Jord

Forureningskoncentrationen i jorden er under oprensningen belyst via boringer udført indenfor et område på ca. 1 m² omkring moniteringsboringerne M1-M3. Jordprøverne er udtaget som blandingsprøver for hver meter, og boringerne er efterfølgende afproppet med bentonit. Placeringen af moniteringsboringer er angivet på figur 6.1.

Ved den foreløbige indstilling af teknologiprojektet efter ca. 12 måneders effektiv drift og ved indstillingen af oprensningen efter 18 måneders effektiv drift er forureningsniveauet i bestemt via en række undersøgelsesboringer udført for Oliebranchens Miljøpulje. Boringerne er benævnt B19-B30 samt HB1-HB2 på situationsplanen i figur 6.1.

Figur 6.1: Se her

De højeste forureningskoncentrationer i de tre moniteringsboringer er konstateret i jordprøver udtaget 3-4 m.u.t. Analyseresultaterne fremgår af figur 6.2.

Figur 6.2:
Analyseresultater for jordprøver udtaget ved moniteringsboring M1-M3.

Varierende forureningskoncentrationer

Det fremgår af figur 6.2, at de højeste koncentrationer er konstateret i prøver udtaget fra boring M2, hvor der er konstateret forureningskoncentrationer på op til 1.800 mg/kg TS. Det fremgår af analyseresultaterne, at de konstaterede indhold af olieprodukter i jorden varierer, især i boring M2. Ved sidste prøvetagningsrunde er der konstateret et indhold på 190 mg/kg TS.

Årsagen til de konstaterede meget varierende forureningskoncentrationer ved samme boring vurderes at være den inhomogene struktur af morænelersaflejringerne, samt analyse- og prøvetagningsusikkerheder. Det har endvidere været diskuteret, hvorvidt det elektriske felt har kunnet påvirke sorptionsprocesser i jordmatricen.

Da spredningen på analyseresultaterne for moniteringsboringerne er meget stor, er det ikke muligt på baggrund af disse at vurdere, hvorvidt der er sket en massefjernelse under oprensningen som følge af den elektrokemiske oprensning.

Ved efterfølgende kontrolrunder udført for Oliebranchens Miljøpulje efter henholdsvis ca. 12 og 18 måneders drift, er der udført en række boringer for at fastlægge forureningsniveauet på ejendommen. Analyseresultater fra de to kontrolrunder fremgår af tabel 6.1. Boringernes placering fremgår af situationsplanen i figur 6.1.

Det fremgår af analyseresultaterne, at der i boringerne er konstateret indhold af olieprodukter på op til 3.100 mg/kg TS. Der er endvidere i alle boringer konstateret indhold af totalkulbrinter eller BTEX´er, der overskrider Miljøstyrelsens jordkvalitetskriterier /30/.

Analyseresultaterne viser således, at der efter en driftsperiode på ca. 1˝ år fortsat er en betydelig benzinforurening på ejendommen. Det er ikke muligt entydigt at vurdere om forureningsniveauet, er ændret i forhold til forureningsniveauet konstateret før den elektrokemiske oprensning blev iværksat. Der er dog tilsyneladende ikke sket væsentlige ændringer i forureningsniveauet.

6.1.2 Grundvand

Der er foretaget monitering af grundvandskoncentrationen af totalkulbrinter, BTEX´er og MTBE. Analyseresultaterne for indhold af totalkulbrinter for boringerne M1, M2, M3, S3 og S10, filtersat i det kraftigst forurenede område, fremgår af figur 6.3.

Figur 6.3:
Grundvandsprøver analyseret for indhold af totalkulbrinter.

Ingen markante ændringer i forureningsniveau

Det fremgår af figur 6.3, at udviklingen i forureningskoncentrationen ikke er entydig i de fem boringer. Umiddelbart er der ingen markante ændringer i forureningskoncentrationen i boring M2, M3 og S3. Der er tendens til et mindre fald i boringerne M1 og S10.

Der må forventes en vis variation i forureningsniveauet som følge af variationer i de lokale hydrogeologiske forhold, og det er derfor ikke muligt entydigt at tilskrive den elektrokemiske oprensning ovennævnte mindre fald i forureningsniveauet. I boring S10 er det væsentligste fald i forureningsniveauet således konstateret inden oprensningen blev igangsat.

Der er udtaget en række grundvandsprøver for Oliebranchens Miljøpulje i randområdet omkring det mest forurenede område. Der er ikke i disse prøver konstateret væsentlige ændringer i koncentrationen af totalkulbrinter og BTEX´er, jf. bilag B.

Analyseresultaterne for indholdet af MTBE i boringerne M1, M2, M3, S3 og S10 fremgår af figur 6.4.

Det fremgår af analyseresultaterne, at der er konstateret et fald i MTBE indholdet i alle boringer. Faldet er størst i de tre boringer på ejendommens forplads M1, M2 og S10, hvor indholdet af MTBE er faldet med en faktor 100-1000. Det kraftige fald blev observeret inden for de to første måneder efter opstarten af den elektrokemiske oprensning. På grund af tekniske problemer havde anlægget på dette tidspunkt kun haft en effektive driftsperiode på ca. én måned. I boring M3 og S3 på sydvestsiden af bygningen er indholdet af MTBE faldet med en faktor 2-3.

Det kraftige fald i MTBE indholdet på forpladsen følger ikke udviklingen i forureningskoncentrationen for totalkulbrinter og BTEX´er. Faldet kan ikke umiddelbart forklares, men vurderes at kunne skyldes flere årsager.

Det kan således ikke afvises, at der er sket en øget udvaskning af den særdeles vandopløselige MTBE-forbindelse, via lækager i det øvre sekundære grundvandsmagasin, som følge af nedboringen af elektroder m.v. på forpladsen. Der er dog ikke konstateret øgede MTBE-indhold nedstrøms det forurenede område, i boringer filtersat i det nedre sekundære grundvandsmagasin.

Vandtransporthastigheden fra anode til katode i den mættede zone, som følge af elektroosmose, vurderes at være i størrelsesordenen 0,05-0,1 meter pr. måned. Til sammenligning er porevandshastigheden i det nedre sekundære grundvandsmagasin på baggrund af en prøvepumpning foretaget på lokaliteten vurderet til at være ca. 2-3,5 meter pr. måned. Den elektrokemiske oprensning vurderes derfor ikke at have væsentlig indflydelse på den overordnede vandtransport på ejendommen.

Hvis faldet kan tilskrives den elektrokemiske oprensning, kan metodens effekt over for MTBE ikke forklares. MTBE er normalt meget langsomt nedbrydeligt, og det kraftige fald i M1, M2 og S10 er konstateret i løbet af en effektiv driftsperiode på kun ca. én måned. Der er dog også observeret kraftige fald i MTBE-koncentrationen i kildeområdet på andre forurenede grunde, hvor der er foretaget en monitering af MTBE-indholdet i grundvandet.

6.1.3 Poreluft

Der er udtaget en række poreluftprøver fra M1-M3, for at vurdere om metoden giver anledning til forøget afdampning af forureningskomponenter. Inden udtagning af poreluftprøver er filter- og blindrør renpumpet. Analyseresultaterne fremgår af figur 6.5.

Figur 6.5:
Poreluftmålinger fra moniteringsboring M1-M3. Bemærk M1 og M3 afbilledet på sekundær y-akse.

Fortolkning af analyseresultater

Det fremgår af analyserne at poreluftkoncentrationen i M1 og M2 tilsyneladende er faldet under oprensningen. Det kan ikke udelukkes, at den af entreprenøren gennemførte svage vakuumventilation kan påvirke måleresultaterne. Endvidere må der forventes en vis variation i måledataene som følge af årstidsvariationer og meteorologiske forhold, der erfaringsmæssigt kan medføre, at det er vanskeligt entydigt at vurdere koncentrationsforløbet af poreluftmålingerne.

Ved den næstsidste prøvetagning i M3 blev der konstateret en stigning i poreluftkoncentration i boringen. Samtidig er der konstateret en temperaturstigning i grundvandet fra ca.13-15 ° C til ca. 22° C. Temperaturstigningen kan skyldes udfældning omkring den nærliggende katode, hvilket kan medføre en øget modstand og dermed afsætning af varme i området umiddelbart omkring elektroden. Temperaturstigningen kan være årsag til den konstaterede øgede afdampning omkring boring M2 i oktober 1999.

6.2 Andre parametre

Der er foretaget monitering af en række grundvandskemiske parametre, da det var forventet, at metoden kunne have indvirkning på bl.a. pH og ion-sammensætningen i grundvandet, jf. kapitel 3.

Der er ikke konstateret ændringer i pH-forholdene i moniteringsboring M1, M2 og M3, filtersat ved henholdsvis en anode, midt i feltet og ved en katode. Dannelsen af H⁺ ved anoden og OH^- ved katoden, som følge af elektrolyse af vand, vurderes derfor at være begrænset i forhold til grundvandsmagasinets bufferkapacitet.

Der er ikke konstateret øgede iltindhold i grundvandet ved boring M1. En evt. anodisk oxidation af vand har således ikke kunnet konstateres at have medført væsentlige ændringer i iltkoncentrationen i grundvandet ved anoden. Årsagen kan være, at dannet ilt hurtigt reduceres i området umiddelbart ved anoden, og/eller at andre elektrodeprocesser er styrende ved anoden, herunder evt. oxidation af jernelektroden.

Generelt er der ikke konstateret markante ændringer i grundvandets ion-sammensætning under oprensningen. Dette vurderes at skyldes dels den forholdsvis lave feltstyrke anvendt under in-situ oprensningen, dels den naturlige grundvandsstrømning og nedsivning af regnvand, hvorved der kontinuert tilføres friskt grundvand til området.

Der er dog indikationer på elektromigration af sulfat- og chloridioner og elektrolytisk frigivelse og transport af jernioner. I det elektriske felt vil positivt ladede ioner bevæge sig mod katoden og negativt ladede ioner vil bevæge sig mod anoden.

Der er udtaget en række prøver til analyse af jordens indhold af tungmetaller i forskellig dybde i de tre moniteringsboringer under oprensningen. De konstaterede indhold at tungmetaller er alle under jordkvalitetskriterierne og på niveau med det naturlige baggrundsindhold i jord /30/.

Der er under oprensningen ikke konstateret væsentlige ændringer i jordens pH-værdi. Den gennemsnitlig pH-værdi i fyldjorden på forpladsen er målt til 7,1, mens pH-værdien i de underliggende moræneaflejringer gennemsnitligt er målt til 8,4. I dette pH-område vil ligevægtsfordelingen mellem jord og jordvæske for ovenstående di- og trivalente tungmetalforbindelser være forskudt mod jord, som følge af udfældning og sorptionsprocesser /31/. Der er da heller ingen indikation af, at oprensningen har resulteret i en transport af tungmetaller.

Der er foretaget kimtalsmålinger af grundvandsprøver udtaget i de tre moniteringsstationer, M1, M2 og M3. Endvidere er der udtaget jordprøver til kimtalsbestemmelse 3-4 m.u.t. i moniteringsstationerne. Prøverne er udtaget før opstarten af den elektrokemiske oprensning og ved teknologiprojektets afslutning, dvs. efter 12 måneders drift.

Analyserne er udført ved pladespredning, hvorefter antallet af dyrkbare kolonier (CFU) er bestemt. Antallet af bakterier bestemt ved pladespredning afhænger bl.a. af ændringer i miljøforhold som f.eks. redoxforhold, pH og temperatur.

Kimtallet i grundvandszonen er bestemt aerobt ved 10 °C til at være i størrelsesordenen 0,7-20× 10³ pr. ml., hvilket er på niveau med bakterieantallet for grundvandsprøver fra uforurenede lokaliteter /31/. Der er ikke konstateret signifikante ændringer i kimtallet i grundvandet efter 12 måneders drift i forhold til før oprensningen blev igangsat.

Størstedelen af bakterierne (97-100 %) knytter sig til sedimentet. Denne tilknytning til partiklerne, og navnlig de små partikler, betyder at det er vanskeligt at udtage repræsentative prøver for mikrobielle populationer via grundvandsprøver. Resultaterne af kimtalsmålingerne er derfor vanskeligt at vurdere.

I jordprøverne er kimtallet bestemt fra 2 til >20.000 pr. g., hvilket er på niveau med bakterieantallet for jordprøver fra uforurenede lokaliteter /31/. Der er konstateret en stigning i kimtallet ved prøvetagningen efter 12 måneders drift ved M3, der er placeret ved en katode, hvilket kan hænge sammen med den konstaterede temperaturstigning i boringen ved denne prøvetagning. Der kan dog også være tale om prøvetagnings- og analyseusikkerheder. Ved M1 og M2 er der ikke konstateret signifikante ændringer i kimtallet ved prøvetagningen før oprensningen og efter 12 måneders drift.

Den mikrobielle populationen i jord er meget kompleks, og det vil kun være en lille del af en given population, der vil kunne indgå i nedbrydningen af olieprodukter. Det er endvidere formentlig kun en meget lille del af disse specifikke nedbrydere, der vil kunne bestemmes ved CFU-målingen. Det vurderes derfor, at det ikke på baggrund af kimtalsmålingerne entydigt kan fastlægges, om den elektrokemiske metode har indvirkning på bakteriesammensætningen og dermed eventuelt omsætningen af olieprodukter.

6.3 Sikkerhedsmæssige forhold

Spænding og overgang

Ved anvendelse af jævnstrøm til in-situ oprensninger i Danmark skal der i hvert enkelt tilfælde gives tilladelse af Elektricitetsrådet, der fastsætter de sikkerhedsmæssige forhold, herunder indretning af anlægget, den maksimale anvendte spænding, sikring af installationer m.v. Ved nærværende feltprojekt er der bl.a. stillet krav om, at begrænse jævnspændingen til maksimalt 120 V. Endvidere er alle rør og afløbsinstallationer i bygningen sammenkoblet med udligningsforbindelser i henhold til stærkstrømsbekendtgørelsen.

Sætningsrisiko

Der er ikke er konstateret udtørring ved katoderne eller væsentlige ændringer i grundvandsspejlet som følge af elektroosmose ved de relativt lave feltstyrker, der er anvendt på ejendommen. Risikoen for sætningsskader som følge af oprensningen på den valgte lokalitet vurderes derfor at være begrænset.

Korrosionsrisiko

Der er foretaget en undersøgelse af risikoen for, at den elektriske jævnstrøm medfører øget korrosion af installationer i jorden, der er beliggende i det elektriske felt. Undersøgelsen er udført af FORCE Instituttet, på baggrund af opmåling af potentialfelter og målinger af potentialændringer på nedgravede metalgenstande.

FORCE Instituttet vurderer, at der er risiko for en kraftig forøget korrosion på især ubeskyttede metalkonstruktioner mellem de to elektroderækker. Spændingsfaldet er størst umiddelbart ved elektroderne. Mellem elektroderækkerne vurderes spændingsfaldet at være ca. 2 V/m. Korrosionsrisikoen har ikke kunnet kvantificeres, men erfaringsmæssigt kan der være tale om korrosionshastigheder på adskillige millimeter pr. år. Der kan endvidere være forøget risiko for korrosion i en afstand af mere end 30 meter fra elektroderne, afhængigt af jordmodstanden.

Der bør derfor ved anvendelse af jævnspænding i jord foretages en kortlægning af alle installationer i og omkring spændingsfeltet, samt foretages en vurdering af behovet for en eventuel korrosionsbeskyttelse ved f.eks. katodisk beskyttelse af udsatte installationer.

Sammenfatning

Sammenfattende viser analyseresultaterne, at der efter en driftsperiode på ca. 1˝ år fortsat er en betydelig benzinforurening af jord og grundvand på ejendommen, og der vurderes ikke at være sket væsentlige ændringer i forureningsniveauet.

Der er konstateret et fald i MTBE indholdet i tre boringer på ejendommens forplads M1, M2 og S10. Boringerne er filtersat i det øvre sekundære grundvandsmagasin, hvor indholdet af MTBE er faldet med en faktor 100-1000 inden for en effektiv driftsperiode på ca. én måned. Årsagerne til det kraftige fald i MTBE koncentrationen kan ikke fastlægges med sikkerhed.

Moniteringen af en række jord- og grundvandskemiske parametre har ikke vist væsentlige ændringer i jord og grundvandskemien under oprensningen. Velkendte elektrokinetiske fænomener, som pH-ændringer som følge af hydrolyse af vand, iontransport, elektroosmose m.v. vurderes kun at have haft mindre betydning, som følge af de lave feltstyrker der er anvendt. Desuden indvirker den kontinuerte grundvandstilførsel til området samt grundvandets naturlige sammensætning, herunder bufferkapaciteten.

Feltundersøgelser har vist, at der er en væsentlig forøget risiko for korrosion på især på ubeskyttede metalkonstruktioner, beliggende i det elektriske felt.