| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Udvikling af metode til testning af udvaskning af organiske stoffer fra jord og restprodukter

9. Bestemmelse af udvaskningen af organiske stoffer

9.1 Indledende forslag til testmetode

I forbindelse med vurderinger af risikoen for og konsekvenserne af udvaskning af organiske forureningskomponenter fra forurenet jord og udlagte restprodukter har Miljøstyrelsen behov for en testprocedure, som kan anvendes til at estimere porevandskoncentrationen i det resulterende perkolat. Herudover er der behov for at kunne beskrive massefluxen ud af jorden eller restproduktet.

Der er næpppe nogen tvivl om, at den mest velegnede laboratorietest til frembringelse af denne type information vil være en kolonneudvaskningstest, som i betydeligt omfang kan simulere udvaskningsforholdene ved det aktuelle scenarie (se f.eks. afsnit 6.1). Som det fremgår af afsnittene 5 og 6, er de praktiske erfaringer med kolonneudvaskning af organiske forureningskomponenter imidlertid stærkt begrænsede, mens erfaringerne med batchudvaskning af organiske stoffer er noget mere omfattende. Det har ligget udenfor rammerne af dette projekt at gennemføre den nødvendige udvikling af en kolonneudvaskningstest til organiske forureningskomponenter, og projektets eksperimentelle del har som beskrevet i afsnit 8 i stedet været fokuseret på afprøvning af en simplere batchudvaskningsprocedure. For at komme så tæt som muligt på en simulering af porevandssammensætningen er det valgt at udføre batchtesten ved L/S = 2 l/kg, hvilket normalt anses for at være det laveste praktisk anvendelige L/S-forhold i en batchudvaskningstest. Herved får testen for udvaskning af organiske stoffer en stor lighed med den udvaskningstest på overensstemmelsesniveau, prEN 12457-1, som i let modificeret form er foreskrevet til undersøgelse af udvaskningen af uorganiske forureningskomponenter fra jord og restprodukter i Miljøstyrelsens nye bekendtgørelse om genanvendelse af jord og restprodukter til bygge- og anlægsformål.

Selv om grundlaget er spinkelt og der fortsat er en række uafklarede forhold omkring de optimale forsøgsbetingelser, skal der i det følgende opstilles et indledende forslag til procedure til testning af udvaskningen af udvalgte organiske komponenter fra jord og restprodukter. Testmetoden er væsentligt simplere, hurtigere og billigere at udføre end en kolonneudvaskningstest er, men samtidig er den mindre velegnet end denne til at besvare de ovenfor stillede spørgsmål om porevandssammensætning og flux, og det opnåede svar vil være baseret på en grov og forenklet gennemsnitsbetragtning. Det må anbefales, at de gjorte forudsætninger i hvert enkelt tilfælde i videst muligt omfang søges verificeret, og at der sker en fortsat udvikling dels af denne metode, dels af en modsvarende kolonneudvaskningstest. Det indledende forslag er baseret på de opnåede projektresultater, herunder både de teoretiske overvejelser og de praktiske erfaringer og resultater fra projektets eksperimentelle del.

Metoden er foreløbig begrænset til testning af udvaskning af ikke-flygtige organiske stoffer som olieprodukter (benzin undtaget) og PAH’er. For at minimere adsorptionen til udstyret anvendes en glasflaske (Pyrex), som først renses for organisk materiale ved opvarmning til 550 ° C i 2 timer. Som et kompromis mellem ønsket om en (tilstrækkelig) stor mængde eluat til analysering og de problemer, som håndtering af en stor mængde eluat giver (f.eks. ved centrifugeringen), er det valgt at anvende en 2-liters flaske og at benytte 940 g jord (på tørstofbasis). For at simulere jordvæske udvaskes med en 0,001 M opløsning af CaCl₂- i demineraliseret vand, og der anvendes 1880 ml heraf, således at der opnås et L/S på 2. Opløsningen af CaCl₂ anbringes i flasken, og for at undgå biologisk nedbrydning af de organiske stoffer under udvaskningsforsøget gennemblases væsken i 24 timer med kvælstof, således at størstedelen af den opløste ilt fjernes. Herefter placeres jordprøven i flasken, den sidste ilt fjernes ved tilsætning af 200 mg Na₂SO₃/l (i alt ca. 375 mg), og flasken lukkes med en prop tildækket med Teflon. Der opnås herved et begrænset headspace, men der vil normalt stadig være luft nok i flasken til at sikre en god opblanding under agitationen.Den lukkede flaske agiteres herefter ved rotation om sin tværakse ved 5-10 rpm, fuldstændig svarende til den i prEN 12457-1 forskrevne agitation. Agitationen fortsættes i 24 timer eller 5 døgn, afhængigt af den aktuelle situation og formålet med testen (kontakttiden kan eventuelt tilpasses et givet scenarie). Flasken henstår herefter i 1 time, hvorved de størst partikler vil sedimentere. På grund af de observerede problemer med filtrering af eluatet (se f.eks. afsnit 8.3) er det valgt at adskille væske- og faststoffasen ved centrifugering. Vandfasen overføres herefter ved dekantering til centrifugebeholdere af glas eller stål, og der centrifugeres med en hastighed og tid svarende til en partikelafskæring på 0,7 m m. Denne værdi er valgt forholdsvis arbitrært, idet projektet ikke har omfattet en undersøgelse af betydningen af partikelafskæringen. Efter centrifugeringen overføres eluatet forsigtigt med en glaspipette til en analysebeholder, og de planlagte analyser for ikke-flygtige organiske stoffer gennemføres. En separat delprøve af eluatet analyseres for pH og ledningsevne.

Det indledende forslag til testproceduren er i Bilag E opsummeret i form af et indledende forslag til testprotokol.

9.2 Eksempel på praktisk anvendelse af testmetoden

Som nævnt ovenfor er det ofte ønskeligt at kunne benytte udvaskningstesten til over et givet tidsrum at estimere en gennemsnitlig eller maximal porevandskoncentration for udvaskede organiske forureningskomponenter i jorden lige under eller i underkanten af et lag af forurenet jord. Endvidere vil det ofte være ønskeligt at kunne bestemme den tilsvarende stofflux ud af den forurenede jord.

Blandt de forudsætninger, som bør være opfyldt, for at dette vil kunne lade sig gøre, er et krav om, at såvel udvaskningstesten som det betragtede scenarie repræsenterer systemer, hvor der der er ligevægt mellem væskefasen og faststoffasen. Det vil sige, at kontakttiden i udvaskningsforsøget skal være lang nok til, at der opnås ligevægt, og det forurenede jordlag skal være tilstrækkeligt homogent og tykt og strømningshastigheden tilstrækkelig langsom til, at der kan antages at være (lokal) ligevægt mellem væskefase og faststoffase for de aktuelle organiske forureningskomponenter. Som det fremgår af afsnit 3.6.8 vil det ofte kunne forventes, at den sidstnævnte forudsætning er opfyldt, mens det af resultaterne i afsnit 8.4 fremgår, at den første forudsætning ikke nødvendigvis er opfyldt ved anvendelse af kortere kontakttider i udvaskningstesten. I det følgende antages det dog, at begge betingelser er opfyldt.

Hvis der forekommer fri fase af en organisk forureningskomponent i jorden i hele den betragtede periode, vil porevandskoncentrationen lige under laget svare til den koncentration af komponenten, som er målt i udvaskningstesten, uanset hvilket L/S-forhold, denne er udført ved. Koncentrationen i vandfasen vil svare til stoffets vandopløselighed under de givne omstændigheder. Dette gælder, så længe der er tilstrækkelig meget fri fase i jorden til at sikre, at der er en optimal kontakt imellem vandet og den fri fase. Hvis den fri fase af en organisk forureningskomponent slipper op under udvaskningsforløbet, vil koncentration af denne falde gennem forløbet.

Hvis udvaskningen udelukkende kontrolleres af desorption, kan porevandskoncentrationen lige under laget i nogle tilfælde beregnes ved at forudsætte, at den eneste forskel på udvaskningsforsøget og strømningen i laget er L/S-forholdet. Hermed kan koncentrationen lige under laget ud fra en simpel fortyndings- eller opkoncentreringsbetragtning estimeres som koncentrationen i udvaskningsforsøget ganget med L/S-forholdet i udvaskningsforsøget divideret med L/S-forholdet i laget. De tilfælde, hvor dette princip fungerer, kan karakteriseres ved, at sorption/desorption på den aktuelle jord styres af præcis de samme processer uafhængigt af den resulterende stofkoncentration i jorden, hvilket medfører, at der kan omregenes imellem de forskellige L/S-forhold.

Tiden for udvaskningen kan ikke forudsiges. I begge tilfælde vil der være en ekstrem lang hale, idet diffusionen kontrollerer den sidste del af stofafgivelsen fra jorden eller den frie fase.

For at illustrere princippet i de ovenstående teoretiske betragtninger er der i det følgende vist et eksempel på estimering af porevandskoncentration i den nederste del af forurenet jourdlag ud fra målte eluatkoncentrationer af organiske forureningdkomponenter. Her er benyttet de resultater, som blev opnået i udvaskningsforsøget med jordprøven Frederiksberg gasværk 2 med et L/S-forhold på 2 l/kg og en agitationstid på 24 timer (se afsnit 8.4). De målte eluatkoncentrationer er gengivet i tabel 9.1.

Vandgennemstrømningen gennem det forurenede jordlag forudsættes at foregå i en umættet zone med samme karakteristika, som den testede jordprøve havde, da den blev udtaget (dvs. et L/S-forhold på 0,163). Under de forudsætninger, som er beskrevet ovenfor, beregnes koncentrationen i porevandet, C_V, som eluatkoncentrationen, C_E,, multipliceret med forholdet mellem de to systemers L/S-forhold, dvs:

Eluatkoncentrationen skal derfor ganges med en faktor på 2,0/0,163 = 12,27. Resultatet af disse beregninger er ligeledes vist i tabel 9.1. For at kontrollere, at der ikke er fri fase i systemet, er opløseligheden af stofferne vist. Såfremt den beregnede koncentration for et stof overskrider stoffets vandopløselighed, erstattes den beregnede værdi med koncentrationen svarende til vandopløseligheden ("mætningsfunktion"). Dette sker faktisk for 6 af de beregnede porevandskoncentrationer i tabel 9.1. Her er der ikke taget hensyn til, at den reelle opløselighed af nogle stoffer i blandinger kan være mindre end deres opløselighed som enkeltstoffer.

Den estimerede porevandssammensætning kan betragtes som en gennemsnitsværdi for et tidsrum, hvis længde afhænger af tykkelsen af det betragtede jordlag og størrelsen af nettoinfiltrationen.

Den til de estimerede porevandskoncentrationer hørende flux, F, af stof igennem/ud af jordlaget kan beregnes udfra en nettoinfiltration eller en nedsivning, N, igennem laget ved brug af følgende formel: F = N·C_V. I regneeksemplet er benyttet et N på 300 mm/år.

Det må ikke glemmes, at ovenstående estimat blot er et regneeksempel, som bygger på en række forudsætninger, som ikke nødvendigvis er opfyldt. Ved lignende anvendelser af testresultater bør der i hvert enkelt tilfælde foretages en vurdering af, i hvor høj grad forudsætningerne for anvendelsen er eller kan forventes at være opfyldt.

Tabel 9.1 Se her!
Estimering af porevandskoncentrationener under umættede forhold ud fra den målte eluatkoncentration fra en udvaskningstest ved et L/S-forhold på 2 l/kg. Fluxen af stoffet er ligeledes beregnet, og opløseligheden af stofferne i vand er vist.