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

Afværge af grundvandsforurening ved kombination af Flushing og MPPE-vandrensning

4 Cases

Der er hidtil udført en håndfuld cases, hvor MPPE er anvendt til vandrensning i kombination med flushing teknologien som afværgeforanstaltning. Nedenfor beskrives to af disse cases nærmere.

4.1 Co-solvent flushing/MPPE rensning, Florida

4.1.1 Forureningen

Dette pilotskalaprojekt blev udført i 1998, og der blev anvendt co-solvent flushing med ethanol i kombination med rensning med MPPE /11/. Den aktuelle forurenede grund er et tidligere renseri med navn "Sages Dry Cleaner Facility" i Jacksonville, Florida. Forureningen bestod af tetrachlorethylen (PCE) i en dybde på ca. 8,0-9,5 m.u.t. Der var tydeligvis fri fase tilstede, da vandprøver viste over 50 mg/l PCE. Flushing blev kørt over en periode på 4 dage. Forureningen blev holdt under hydraulisk kontrol.

Pilotforsøget havde flere formål bl.a. at vurdere effektiviteten af flushing med co-solventen, at vurdere evnen af MPPE til at fjerne PCE fra en blanding af ethanol og vand samt at indsamle oplysninger til et fuldskala projekt på samme grund.

Figur 4.1
Skitse over boringskonfigurationen på den tidligere Sages Dry Cleaner grund.

4.1.2 Forundersøgelser

Inden pilotprojektet blev der udført en sædvanlig forureningsundersøgelse til afgrænsning af forureningen. Desuden blev en strømningsmodel opstillet som støtte for senere fastlæggelse af boringskonfigurationen.

Som ekstraordinær undersøgelse blev kornstørrelsesfordelingen målt på en del jordprøver. Her fandt man generelt ca. 80% finkornet og 10% meget finkornet materiale. Herudover målte man fordelingskoefficienten for jord og vand ved at tilsætte PCE til jordprøver fra grunden. Her fandt man, at 10-45% PCE blev adsorberet på jorden, efter kolberne blev rystet.

I felten blev der udført et sporstofforsøg (pre-PITT) med bromid, iodid, en anionisk detergent og 11 alkoholer. Disse stoffer blev injiceret i en boring og fjernet igen via 6 pumpeboringer, se senere. Forsøget varede i 4 dage. Gennembrudstiden for de konservative stoffer varierede fra 14 til 39 timer, afhængig af hvilken pumpeboring, der var tale om. Man beregnede en fri fase mængde på 44,3 liter. Endnu et sporstofforsøg blev udført efter flushing (post-PITT).

Herudover blev der udført en flushing test i felten. Her anvendte man en samlet ydelse på 29 l/min. Testen varede i 8 dage og blev brugt hovedsagelig til vurdering af den ønskede hydrauliske kontrol.

4.1.3 Afværgeopstilling

Ved denne sag blev der anvendt en usædvanlig boringskonfiguration. Der blev boret 3 centrale injektionsboringer og 6 pumpeboringer i yderkanten af kildeområdet. Formålet med konfigurationen var at sikre en hydraulisk kontrol af hele det behandlede område. Ulempen med en sådan konfiguration er, at man spreder forurening ud mod randområderne i stedet for at samle den centralt i et i forvejen meget forurenet område.

Injektionsboringer blev udført til 10 m’s dybde, med 100 mm PVC filtre med en længde på 2,3 m. Pumpeboringer blev udført til 9,5 m’s dybde med 100 mm PVC og en filterlængde på 1,5 m.

Efter oppumpning blev vand/ethanol/PCE-blandingen behandlet med MPPE, hvorefter vandet blev sendt til destruktion på grund af ethanolindholdet.

4.1.4 Driftsbetingelser

Der blev injiceret en blanding af 95% ethanol og 5% vand, i alt 32 m³ over en periode på 4 dage. Injektionen blev fordelt mellem de 3 boringer som følger:

IW-1=2,9 l/min
IW-2=5.0 l/min
IW-3=2,9 l/min

Ydelsen af oppumpningen var 29 l/min, eller lidt mere end et forhold på 2:1 mellem oppumpning og injektion. Området blev i alt gennemskyllet af ca. 9 porevolumener.

Fremgangsmåden var at begynde med rent vand for at vurdere, om der var tale om hydraulisk kontrol, hvorefter der blev injiceret ethanol i stigende koncentrationer for at undgå dannelse af ethanol "fingre" på grund af viskositetsforskelle. I starten blev ethanol injiceret i den nederste del af filtrene, mens der blev injiceret rent vand i det øverste del af filtrene (der blev brugt en pakker til at adskille filtret i 2 zoner). Hermed mener man, at ethanolen blev holdt i den nederste del af magasinet.

4.1.5 Resultater

Ved hjælp af kemiske analyser af oppumpet grundvand blev det vurderet, at 41,5 l PCE ville blive pumpet op i løbet af de 4 dage. En anden metode til estimering af oppumpet PCE var sporstofforsøgene. Efter flushing blev der udført et sporstofforsøg (post-PITT), hvor den resterende mængde af PCE blev vurderet til 13,9 liter. Hermed estimerede man, at 44,3-13,9=30,4 liter PCE var blevet fjernet, altså i rimelig overensstemmelse med den første værdi på 41,5 l.

Koncentrationer af PCE og ethanol blev målt i hver at de 6 anvendte pumpeboringer. Tabel 4.1 viser en oversigt over disse målinger.

Tabel 4.1
Oversigt over koncentrationer i pumpeboringerne, Sages Dry Cleaner grund.

Som det ses af tabellen, steg koncentrationen af PCE op til en faktor 130 ved gennembrud af ethanol. Da opløseligheden af PCE i vand kun er ca. 240.000 mg/l, ses det af tabellen, at ethanolen har haft en stor virkning. Den mest koncentrerede ethanol var ca. 46%, hvilket stadig er fortyndet en faktor 2 i forhold til injektionskoncentrationen. Gennembrudstiden varierede fra pumpeboring til pumpeboring, som det ses på den oppumpede vandmængde, inden der blev opnået maksimum koncentrationer (se sidste kolonne).

Et eksempel på en gennembrudskurve for oppumpet grundvand ses på figur 4.2.

Figur 4.2
Gennembrudskurve for PCE og ethanol i pumpeboring RW007.

Som det ses af figuren, er PCE-koncentrationen netop begyndte at falde inden ethanolkoncentrationen begynder at falde. Dette er tilsigtet. Ved flere af de andre pumpeboringer er rækkefølgen omvendt, hvorfra det kan konkluderes, at injektionen blev stoppet for tidligt. Figur 4.2 viser også, at den maksimale ethanolkoncentration var ca. 25%. Da koncentrationen ved injektionsboringerne var ca. 95%, kunne man forestille sig, at noget PCE blev mobiliseret væk fra injektionsboringen, hvorefter ethanolindholdet blev fortyndet. Da fortyndet ethanol ikke kan holde så meget PCE opløst, er der risiko for, at noget PCE bliver udskilt igen i en ring eller en "doughnut" udenom injektionsboringerne.

MPPE rensningen viste generelt en høj rensegrad. Indløbskoncentrationen var op til 230.000 mg/l, mens udløbskoncentrationen generelt var <5 mg/l. En enkelt udløbskoncentration var på 195 mg/l, men dette kan have skyldtes prøvetagningsfejl. Det bemærkes, at ethanolen ikke blev fjernet ved MPPE. En konklusion af renseforsøget var, at ethanolen kunne genbruges efter en opkoncentrering for at spare ressourcer.

4.2 Surfactant flushing/MPPE rensning, Tyskland

4.2.1 Forureningen

Dette demonstrationsprojekt blev udført i efteråret 2001, og metoden, som blev anvendt, var surfactant flushing med tensid i kombination med rensning ved hjælp af MPPE. Det anvendte tilsætningsstof var en blanding med rapsolie, der bestod af fedtsyrer og glycerol, som var kemisk behandlet.

Den forurenede grund ligger under et stort renseri, som er beliggende udenfor Dortmund, Tyskland /12/. Forureningen, der i skrivende stund endnu ikke er færdigbehandlet, består af tetrachlorethylen (PCE), og findes generelt i en dybde på ca. 6-12 m.u.t. Der er tydeligvis fri fase tilstede, da flere vandprøver viser omkring 46 mg PCE/l, og da almindelig "pump and treat" i kombination med "air stripping" ikke har sænket koncentrationen over en driftperiode på mere end 10 år. Længere nedstrøms for renseriet er der fundet koncentrationer på 10-20 mg PCE/l.

Hele demonstrationsforsøget blev kørt over en periode på ca. 16 dage (17.09.01-02.10.01). Forureningen blev holdt under hydraulisk kontrol. Forsøget havde til formål at udføre en massereduktion, da det aktuelle renseri, jf. gældende lovgivning, skulle foretage oprydning på grunden. Desuden ønskede man også at vurdere effektiviteten af flushing med det nævnte tensid, og hvorvidt MPPE kunne fjerne PCE fra en blanding af tensidet og vand. I tilfælde af tilfredsstillende forsøgsresultater skulle hele grunden renses ved denne metode i en fuldskala oprensning. Der tages stilling til dette i løbet af 2002. I alt forventer man, at et volumen på ca. 78.000 m³ er forurenet, og at der før forsøgets start i vandfasen findes omkring 50-60 kg PCE (forudsat en porøsitet på 0,15 og gennemsnitskoncentrationer på 10-30 mg PCE/l). Man har ikke noget brugbart estimat af mængden af frifase forurening. Igangværende undersøgelser forsøger at kortlægge denne mængde med henblik på en eventuel fuldskala oprensning.

4.2.2 Forundersøgelser

Inden demonstrationsprojektets opstart blev der udført en sædvanlig forureningsundersøgelse til afgrænsning af forureningen. Desuden blev en simpel strømningsmodel opstillet som støtte for senere fastlæggelse af boringskonfigurationen. Der blev ikke udført tracer tests (PITT, se afsnit 2.4).

4.2.3 Afværgeopstilling

I denne sag blev der valgt en "ude fra ind" opstilling (se afsnit 2.4). Der blev udført 4 injektionsboringer og 1 pumpeboring, hvoraf sidstnævnte blev placeret i centrum mellem de 4 injektionsboringer (se figur 4.3). Formålet med konfigurationen var at undgå spredning af forurening ud mod randområder, og således i stedet forsøge at samle forureningen centralt i et i forvejen meget forurenet område.

Injektionsboringerne blev udført som 2" boringer til 12 meters dybe, med PVC filtre fra 6-12 m.u.t. Pumpeboringen blev udført som 5" boring til 21 meters dybde, med PVC filter fra 17-19 m.u.t. Der foreligger ikke yderligere oplysninger omkring filtersætningen. Der var en afstand på ca. 5 meter fra injektionsboringerne og pumpeboringen. Geologien består af opsprækket moræneler indtil 21 m.u.t., hvorefter der er fundet mere impermeabelt ler. Grundvandsspejlet stod omkring 6 m.u.t.

Figur 4.3
Skitse over boringskonfigurationen på forurenet renserigrund, Dortmund.

Efter oppumpning blev vand/tensid/PCE-blandingen behandlet i et mobilt MPPE-anlæg (se billede af anlæg på figur 4.4), hvorefter vandet blev sendt til destruktion på grund af tensidindholdet.

4.2.4 Driftsbetingelser

Der blev injiceret en blanding af tensid og vand, hvor man søgte at opnå 0,1 vægt-% tensid i grundvandet. Injektionen forløb med små ydelser afhængig af, hvor hurtigt aquiferen kunne modtage de injicerede volumner. I alt 1050 liter tensid-blanding, eller 105 kg ren tensid, blev injiceret via de 4 boringer over en periode på 6,5 time. Oppumpning fra pumpeboringen blev startet samtidig med injektionen. Ydelsen af oppumpningen var 3 m³/h, eller ca. et forhold på 2:1 mellem oppumpning og injektion. Oppumpningen var begrænset af hydrogeologi og pumpe-/boringsvalg, og ikke af MPPE-anlægget.

Fremgangsmåden var at pumpe fra pumpeboringen, indtil der var opnået hydraulisk kontrol (sænkning på 1 m) med samtidig injektion af rent vand. Normalt ville man pumpe ("pump and treat"), indtil der var opnået nogenlunde konstante indløbskoncentrationer til MPPE-anlægget, men i den aktuelle sag pumpede man blot, indtil der var opnået hydraulisk kontrol (start d.17.09 og slut d.18.09). Når denne kontrol var opnået, blev der injiceret tensid-blanding (over en periode på 6,5 time d.18.09). Efter gennembrud af tensid i pumpeboringen, hvilket skete ca. 3 timer efter injektionens afslutning, blev oppumpning og injektion afbrudt i 36 timer (fra aften d.18.09 til formiddag d.21.09), således at tensidet kunne virke (dispersiv/diffusiv transport ud i aquiferen og forureningen). Herefter blev oppumpningen genoptaget, samtidig med at injektion af rent vand blev påbegyndt, hvilket blev fortsat i 12 dage (fra d.21.09 til d.02.10). Den 02.10 var en stor del tensid genfundet, men man fortsatte dog oppumpningen i yderligere 6 timer for at se, om yderligere tensid kunne genfindes. Da dette ikke var tilfældet blev forsøget afsluttet. Der blev genfundet 82% af tensidet. Resten er formodentlig blev bionedbrudt, da man konstaterede en relativ høj BOD. Der blev kun konstateret tensid-gennembrud fra 2 af de 4 injektionsboringer, og dette er også en af årsagerne til, at ikke al tensidet blev genfundet. Man forventer, at de manglende gennembrud fra de 2 øvrige boringer skyldes inhomogeniteter i jorden.

Der blev således i alt behandlet ca. 1000 m³ grundvand (ca. 12 døgn á godt 3 m³/h). Det påvirkede område antages at være 1500 m³ (fra 6-21 m.u.t. i et 10× 10 m² område), og med en porøsitet på 0,15 svarer dette til en effektiv porevolumen på 225 m³. Området blev således i alt gennemskyllet af ca. 4-5 porevolumener.

Ved at måle overfladespændingen i vandprøverne, og herefter anvende en kalibreringskurve med tensidkoncentrationen som funktion af overfladespændingen, blev tensidkoncentrationen fundet i felten. Koncentrationen af PCE i vandprøverne blev målt på et certificeret uafhængigt laboratorium (metode: GC/MS). Der var ingen skumproblemer ved injektionen, men injektionen var årsag til mobilisering af en del jordpartikler, og det var således nødvendigt med filtrering af det oppumpede vand.

Den fysiske plads til MPPE-anlægget var ca. 25-30 m², se figur 4.4. En generator (200 liter diesel pr. dag) blev brugt som strømforsyning (adgang til 63 A i 20 min. pr. time, samt 50 kW var påkrævet af MPPE-anlægget, pumperne krævede der ud over ca. 4 kW pr. stk.). Desuden blev der brugt 20 liter vand pr. time til regenereringsdamp til MPPE-kolonnerne. Leje af MPPE-anlæg aftales fra sag til sag med AKZO NOBEL, hvor der skelnes mellem korte demonstrationsforsøg som dette, og fuldskala oprensninger. Som udgangspris tager AKZO NOBEL Euro 20.000,- for leje af en MPPE-enhed i én måned (ved leje i min. én md.). Hertil skal man addere omkostninger til bemanding og kemiske analyser. Hertil kommer så omkostninger til de indledende forureningsundersøgelser, boringer, køb af surfactant, modellering af kemiske og strømningsmæssige forhold, hvilket alt sammen afhænger af bl.a. de aktuelle forureningsmæssige-, geologiske og hydrogeologiske forhold.

Figur 4.4
MPPE-anlæg på forurenet renserigrund, Dortmund. Injektionsboring ses i forgrund. Pumpeboringen ses ved gul elkabel. Den hvide beholder indeholder tensid-blanding. Den forreste blå container indeholder MPPE-behandlingsanlæget med to kolonner. Den anden blå container indeholder værksted, generator og materialelager.

MPPE-enheden kører fuldautomatisk og kan betjenes via mobiltelefon og en bærbar pc. Der var således kun bemanding de første 5 dage af det aktuelle forsøg. Herefter var der tilsyn ca. 1 gang pr. uge.

I det aktuelle tilfælde blev der anvendt 2 MPPE-kolonner med en diameter på ca. 40 cm og en højde på ca. 1m, se toppen af den forreste blå container på figur 4.4. Hver kolonne er fyldt med MPPE-granulatet, som er ca. 1mm i diameter og består af 70% olie, men fremstår som et faststof, se figur 4.5.

Den anvendte tensid-blanding forhandles i Tyskland til ca. 7-10 DM/kg, og det blev anslået - forud for demonstrationsforsøget - at den samlede totalpris for demonstrations oprensningen ville blive ca. 400 DM/kg fjernet PCE. Bemærk dog, at sådanne prisangivelser er særdeles afhængige af lokalitet, formål og forureningsforhold.

Figur 4.5
MPPE-granulat, udviklet gennem 7 år hos AKZO NOBEL.

4.2.5 Resultater

Demonstrationsforsøget gav følgende resultater.

Tabel 4.2
Oversigt over koncentrationer ved ind- og udløb fra MPPE-anlægget. - : ikke bestemt

Hvis man sammenligner med koncentrationerne fra den forudgående forureningskortlægning (10-46 mg/l), ses det, at tensidet ikke umiddelbart har haft den ønskede virkning. Der er ikke sket en væsentlig forøgelse af PCE’s mobilitet, da opløseligheden af PCE i vand er ca. 240.000 mg/l, og man når ikke i nærheden eller over denne værdi. Der er gennembrud af tensid mellem d.18. og 19.09.01 jf. målinger af overfladespændingen i det oppumpede vand. I undersøgelsesrapporten forklares den ringe effekt af tensidet med fortynding samt ved at startkoncentrationerne af PCE i vandfasen i forvejen var relativt høje (ligevægtskonc.). For at undgå spredning af forureningen pumpede man med 3 m³/h, og man mener, at man herved har trukket "renere" vand ind, som har fortyndet det ellers PCE-berigede vand. Således ser man ikke den egentlige effekt af tensidet. Man forventer, at forøgelsen af PCE i vandfasen som følge af tensidet har været en faktor 6-12. Dette vurderes dog at være noget optimistisk.

MPPE rensningen viser derimod, som det ses af den yderste venstre kolonne i tabel 4.2, en meget høj rensningsgrad. Indløbskoncentrationen var mellem ca. 30-40 mg/l, mens udløbskoncentrationerne alle var under 5 mg/l. Det ses dog også, at MPPE-enhedens evne til at rense ved meget høje koncentrationer (f.eks. >1 g/L) af halogenerede hydrocaboner ikke blev testet. Dette er dog blevet demonstreret i en række tidligere oprensninger (f.eks. reduktion fra små 2000 mg/L (chlorerede hydrocaboner) til omkring 0,5 mg/L /13/).

Efter gennembrud af tensid i pumpeboringen og efter diffusivspredning af tensidet blev vandet i 12 døgn, dvs. fra 21.09.01 til 02.10.01, ledt gennem MPPE-anlægget. I denne periode blev der pumpet ca. 900 m³ vand op. Vandet havde en gennemsnitlig PCE-indløbs- og udløbskoncentration på hhv. ca. 36 mg/l og 3 mg/l. Der blev således fjernet næsten 29 kg PCE i løbet af dette demonstrationsprojekt, og formålet med en massereduktion var derfor opfyldt. Ligeledes havde det vist sig, at MPPE var i stand til at adskille PCE fra vand/tensidblandingen. I skrivende stund diskuteres det, hvorvidt man skal fortsætte med en fuldskala oprensning. Bemærk at der sagtens kan fjernes langt større mængder PCE vha. MPPE, selv med den samme pumpeydelse, det forudsættes blot, at indløbskoncentrationerne er høje nok.

Benyttes den anslåede pris på 400 DM/kg fjernet PCE, betyder det, at prisen for oprensningen har været ca. DM 12.000,- eksklusiv bemanding (ca. 30-40.000 DM), afrapportering (ca. 20.000 DM) og analyseomkostninger (meget afhængigt af det valgte/nødvendige antal analyser, men kan anses som et mindre beløb i denne sammenhæng, dvs. ca. 2-5000 DM). Man skal altså påregne omkostninger på omkring ca. kr. 2-300.000,- for et sådant demonstrationsforsøg. Bemærk at dette omkostningsestimat er meget usikkert, og afhænger meget af den valgte lokalitet, formålet med oprensningen (ambitionsniveau) samt forureningstypen, og hvor længe forsøget skal køres.