Bilag C: Beregning af sorptionskapacitet, Miljøstyrelsen

Sorptionsmaterialer til on-site rensning af MTBE-forurenet grundvand - screening

Bilag C: Beregning af sorptionskapacitet

Sorptionskapaciteten

Sorptionskapaciteten bestemmes udfra differencen mellem den tilsatte masse af MTBE og massen af MTBE, der efter den ønskede kontakttid (ved ligevægt), samlet befinder sig i hhv. væske- og gasfasen af serumflasken samt den mængde sorptionsmateriale, der er tilsat hver serumflaske:

Ligning C.1

(C.1)

hvor S [mg MTBE/g sorptionsmateriale] er sorptionskapaciteten, M_{MTBE,
tilsat} [mg] er massen af MTBE, der er tilsat serumflasken ved forsøgets begyndelse, M_{MTBE, V} [mg] og M_{MTBE, G} [mg] er massen af MTBE der befinder sig i hhv. væske- og gasfasen ved ligevægt og M_sorp.mat. [g] er vægten af den tilsatte mængde sorptionsmateriale.

Den tilsatte masse af MTBE beregnes vha. ligning C.2:

Ligning C.2

(C.2)

hvor V_{MTBE, tilsat} [L] er det tilsatte volumen MTBE og r _MTBE [mg/L] er MTBE’s massefylde (= 740 mg/L).

Den masse af MTBE, der efter opnåelse af ligevægt befinder sig i væskefasen beregnes vha ligning C.3:

Ligning C.3

(C.3)

hvor V_V [L] er væskevolumenet i serumflasken og C_V [mg/L] er MTBE-koncentrationen i væskefasen ved ligevægt.

C_V findes, efter den ønskede kontakttid, ved at udtage en head-space prøve fra gasfasen af serumflasken til analyse på Gaschromatograf ved GC-FID. Det opnåede peak-areal er herefter omregnet til en væskefasekoncentration via en standardkurve. Der er fremstillet standardkurver dagligt.

Den masse af MTBE, der efter opnåelse af ligevægt befinder sig i gasfasen beregnes vha ligning C.4:

Ligning C.4

(C.4)

hvor V_G [L] er væskevolumenet i serumflasken og C_G [mg/L] er MTBE-koncentrationen i væskefasen ved ligevægt.

C_G findes ved en omregning fra den ovenfor fundne væskefasekoncentration vha. Henry’s Lov. Ligning C.5 angiver den resulterende ligning til beregning af M_{MTBE, G} :

Ligning C.5

(C.5)

hvor K_H [-] er den dimensionsløse Henry’s konstant for MTBE (= 0,02).

Den resulterende ligning C.6 til beregning af sorptionskapaciteten efter opnåelse af ligevægt ved en given ligevægtskoncentration i væskefasen fås ved at indsætte ligning C.2, C.3 og C.5 i ligning C.1:

Ligning C.6

(C.6)

Sorptionsisoterm

Resultaterne for hver serumflaske vil, efter ovenstående fremgangsmåde, give et punkt på en sorptionsisoterm. Forskellige punkter på sorptionsisotermen opnås ved, at opstille en række serumflasker med forskellige forhold mellem afmålt mængde sorptionsmateriale og tilsat mængde MTBE. Dette kan i praksis opnås på to forskellige måder; enten ved at benytte samme MTBE-tilsætning og forskellige mængder sorptionsmateriale eller samme mængde sorptionsmateriale med forskellig MTBE-tilsætning.

Massebalance

Bestemmelsen af sorptionskapaciteten efter fremgangsmåden beskrevet ovenfor bygger på opstilling af en massebalance, hvor det antages, at den MTBE der, ved ligevægt, ikke befinder sig i væske- eller gasfasen er sorberet. Et eventuelt tab af MTBE fra serumflasken til omgivelserne vil i givet fald blive tolket som en fejlagtig høj sorptionskapacitet og give indtryk af, at produktet er mere effektivt end det i virkeligheden er.

Blindtest

Det er således vigtigt at sikre sig, at der ikke sker et tab af MTBE fra serumflaskerne til omgivelserne f.eks. ved udslip gennem utætte propper eller diffusion gennem flaske- eller propmaterialet, hvorfor der er udført parallelle blindtest, med tilsætning af MTBE, men ingen sorptionsmateriale, til dokumentation af, at sådanne systematiske massetab ikke forekommer.

Dobbeltbestemmelse

Kontrollen af, at der ikke forekommer enkeltstående tilfælde af tab fra serumflasker, eksempelvis gennem en ikke-tætsluttende prop, sker ved dobbeltbestemmelse i forbindelse med hvert forsøg. Ved konstatering af en unormalt høj sorptionskapacitet ses der bort fra resultaterne fra den berørte serumflaske.