|
Reaktiv Jern-Væg til rensning af grundvand for TCE og Chromat, Kolding Hårdkrom A/S 5 Anlæggets tekniske udformning og drift5.1 Overordnet designEfter de indledende drøftelser af de tekniske data fra de forudgående undersøgelser blev det besluttet at etablere en reaktiv væg. For at tage højde for de meget varierende hydrauliske forhold blev der etableret en hydraulisk kontrol bestående af to overordnede elementer:
Væggen blev etableret vinkelret på den overordnede vest-østlige afstrømning i det øvre grundvandsmagasin. Ideen ved væggen er, at grundvandet renses for forureningskomponenter ved sin passage gennem det reaktive jern. 5.2 Detailteknisk designI det følgende er anlæggets enkelte dele beskrevet. For lokalisering af de enkelte elementer henvises til appendix 5. 5.2.1 VæggenSelve jernvæggen er principielt opbygget som en 46 m lang reaktiv væg bestående af 3 vertikale "lag" (se figur 5): Lag 1: Et 0,3 m bredt lag af ærtesten placeret i vertikal profil fra top til bund af jernspånerne. Laget skal muliggøre fordeling af grundvand over jernspånerne og ligger derfor opstrøms disse. Lag 2: Et 1 m bredt lag af jernspåner placeret i vertikal profil, således at de nederste spåner ligger ca. 0,5 m nede i moræneleret. I hele den reaktive vægs længdeprofil ligger de øverste jernspåner i samme kote. Lag 3: Drænrør placeret i filtersand på bagsiden af jernspånerne. Drænet blev placeret i en kote, der var uafhængig af evt. variationer i jernspånernes placering i forhold til det oprindeligt projekterede. Umiddelbart oven på jernspåner og ærtesten blev placeret et materialeadskillende lag bestående af fiberdug af typen Fibertex. Oven på fiberdugen blev der indbygget fyldjord fra udgravningerne.
Figur 5: Ved dimensionering og projektering af den reaktive væg blev det søgt sikret, at grundvandsspejlet aldrig eller kun sjældent vil overstige de øverste jernspåner. Ved etablering af den reaktive væg blev der i alt benyttet 200 tons jernspåner. Laget af jernspåner har en maksimal mægtighed på ca. 2,8 m. For hver 2 m er der foretaget nivellement dels af den reaktive vægs bund og dels de øverste jernspåner i væggen. Recirkulationssystemet blev opbygget af følgende dele:
Renderne skal tilgodese ønsket om at sikre hydraulisk kortslutning på depotet og dermed maksimal gennemstrømning af grundvand til forsiden af den reaktive væg. Bunden af kortslutningsrenderne er nivelleret for hver 2 m, ligesom dette var tilfældet for toppen af ærtestenslaget. Hydrauliske spærringer med bentonit på 3 steder. Spærringerne, der er op til 11 m lange, har en dybde på op til ca. 3 m u.t. og skal sikre, at forurenet grundvand ikke strømmer uden om den reaktive væg evt. via kloakrørtracé. De enkelte betydende komponenter i afværgeprojektet er beskrevet nærmere i de følgende afsnit. 5.2.2 KortslutningsrenderDe 4 kortslutningsrender er placeret parallelt i øst-vestlig retning med bunden som minimum nedgravet til toppen af moræneleret (se appendix 1). Kortslutningsrende <1>, <2> og <3> er etableret med et gennemsnitligt fald mod den reaktive væg. Kortslutningsrende <4> er etableret med større fald end beskrevet ovenfor, idet en sandlomme midt på rendens længderetning nødvendiggjorde afgravning af materiale, således at den hydrauliske kortslutning og afstrømning til forsiden af den reaktive væg kunne sikres. Det bemærkes, at kortslutningsrendernes vestligste ende ikke udmunder umiddelbart foran den reaktive væg, men derimod ca. 5 m øst herfor. Anlægget er indrettet således for at tilgodese ønsket om at give grundvandet en tilstrækkelig høj opholdstid i selve væggen. I længderetningen er der for hver 2 m foretaget nivellement dels af udgravningernes bund og dels af toppen af ærtestenslaget i rendernes bund. 5.2.3 Reaktiv væg med opsamlingsdrænDen reaktive væg blev opbygget i en flydekasse (se figur 6) med følgende dimensioner:
På flydekassens inderside blev der placeret træplader, som sikrede en opdeling svarende til de 3 ønskede lagtykkelser. I tilfælde hvor væggen skulle være højere, end flydekassen umiddelbart gav mulighed for, blev den forsynet med træplader, der sikrede mulighed for en højere konstruktion.
Figur 6:
Figur 7: Jernspånerne blev leveret i plastsække som vist på figur 7. Ærtesten og jernspåner blev fyldt i flydekassen i en næsten simultan proces. Ærtestenene blev doseret vha. "betonspand", mens jernspånerne i den enkelte sæk blev tømt direkte ud i den reaktive væg efter forudgående ophængning i kæde på gravemaskinens skovl. Hver sæk blev tømt ved udløsning af snøre i dennes bund. Drænrøret på jernspånernes vestside blev ligesom væggens to forreste lag af ærtesten og jernspåner etableret i etaper svarende til længden af flydekassen. Efter at drænsystem, ærtesten og jernspåner var placeret, blev flydekassen trukket ca. 3 m frem til næste sektion. I situationer hvor bunden af væggen i den nye sektion skulle placeres dybere end den foregående, blev der inden flytning af flydekassen foretaget den nødvendige udgravning til den nye sektion, hvorpå jernspånerne blev lagt i den. Efterfølgende blev flydekassen trukket frem til næste sektion. Efter indkøring af arbejdsprocessen med etablering af den reaktive væg var det muligt for entreprenøren at anvende 25 tons jernspåner i løbet af en formiddag. Under antagelse af at jernspånerne har en rumvægt på ca. 2,4 tons/m3, vil 25 tons jernspåner svare til en 3 m høj og 1 m bred reaktiv væg med en længde på ca. 3,5 m. Arbejdsfordelingen var, at 2 folk placeret for enden af den reaktive væg dels styrede doseringen af ærtesten (med betonspand) og jernspåner og dels foretog den nødvendige manuelle fordeling af materialer i flydekassen. De 2 folk havde endvidere ansvaret for etablering af drænet på væggens vestlige side. Gravemesteren sørgede for udførelse af gravearbejde og placering af sække over udtømningspunktet. Den 4. person flyttede sække med jernspåner til området, hvor anvendelse skulle ske og sørgede i øvrigt for anhugning af sække med jernspåner samt fyldning og anhugning af betonspand. Under hele anlægsfasen blev jernspåner, som var udlagt i den reaktive væg, holdt overdækket med henblik på at reducere risikoen for uønsket rustdannelse på spånernes overflade. Overdækningen blev foretaget med enten presenninger eller fiberdug / fyldjord. Fiberdugen blev lagt ud som materialeadskillende lag, der dækkede såvel ærtesten som jernspåner. Ved fjernelse af presenning fra jernspånerne ved arbejdstids begyndelse kunne der kun i de øverste ca. 10 cm observeres synlige tegn på rustdannelse. En uge efter etableringen af den reaktive væg ved sandfangsbrønden blev der ved fjernelse af jernspåner i de øverste ca. 0,3 m observeret tydelig rustdannelse i de øverste ca. 0,2 m. I den umiddelbare nærhed af sandfangsbrønden blev den reaktive væg "krummet" let, således at den vestlige side af væggens jernspåner er placeret med støtte på den østlige side af sandfangsbrønden. Den øvrige del af den reaktive væg er søgt etableret som lineær konstruktion. I længderetningen er der for hver 2 m foretaget nivellement dels af udgravningens bundkote og dels af koten for toppen af jernspånerne. Toppen af jernspånerne er i hele væggens længdeprofil placeret i samme kote. De dybest liggende jernspåner er placeret ca. 4 m under terræn. 5.2.4 Filtersætning i den reaktive væg2 steder i den reaktive væg blev der indsat et filterrør, type Rotek, med påmonteret gruskastning . De 2 filtre benævnes henholdsvis MV1 (Monitering af Væg, filter 1) og MV2. Der blev anvendt Ø62 mm filterrør med specifikationen ASI 316. Metallet er syrefast, men ikke saltvandsbestandigt. Der er valgt filterrør af syrefast stål, fordi de almindeligt anvendte filterrør af PEH-plast forventes at kunne nedbrydes i et vandigt miljø med lavt redoxpotentiale. Uden på selve filtret er der placeret en vævet "indersok" af polyester, der sikrer, at filtergrus fra gruskastningen ikke siver ind i filtret. Gruskastningens vævede "ydersok" består af polypropylen og fungerer som "beholder" for gruskastningen. Princippet fremgår af figur 8. Ved montage havde selve filterrøret en total længde på 4,0 m med en filterlængde på 1 m. Efter afslutningen af terrænreguleringen vil der om nødvendigt blive foretaget en afkortning af de 2 filterrør. Filter MV1 blev placeret således, at bunden af filtret stod i jernspåner - ca. 0,5 m under koten for et stærkt vandførende lag, som kunne observeres umiddelbart over leret. Under udgravning til den reaktive væg var der på dette sted en meget stor tilstrømning af stærkt grøntfarvet grundvand. Filter MV2 blev placeret således, at bunden af filtret stod direkte på moræneleret. På lokaliteten var der ikke umiddelbare tegn på grundvandstilstrømning, og det var da også først 5 dage efter etableringen, at der ved pejling kunne registreres vand i filter MV2.
Figur 8: 5.2.5 Indretning af pumpebrønd og flowmålerbrøndPumpestationen af typen Tunetanken (Ø1300 mm, højde 3850 mm) er støbt i korrosionsbestandig, glasfiberarmeret polyester og er udstyret med 2 centrifugalpumper af typen Flygt 3067.180. Den anvendte pumpetype er almindeligt anvendt i spildevandsmiljø. Medio januar 1999 blev de 2 pumper drevet i alternerende drift med et samlet flow på ca. 9 liter/sek. svarende til ca. 32 m3/time. Hver pumpe var forsynet med niveaufølsom start- og stopkontakt. Pumpestationen var udstyret med en niveaufølsom kontakt for alarm. Relæ for pumpestyring var placeret i særskilt elskab. En flowmåler på pumpestationens trykside var monteret i separat brønd. Der var tale om en elektromagnetisk flowmåler af typen Magflo®. MAG3100W/2500. Pumpestationen blev forankret til bunden af den ca. 4 m dybe udgravning vha. en rektangulær betonklods. Sidstnævnte var placeret ca. 1,5 m nede i gråt moræneler på en ca. 0,3 m mægtig sandpude. Jordlagene over moræneleret bestod overvejende af sand. Pumpestationen var monteret på forankringen vha. 4 beslag. Under placeringen af betonforankringen forekom der med stor pludselighed en meget betydelig indtrængen af stærkt grønt grundvand i udgravningens sydlige side (umiddelbart over leret). Indtrængende grundvand blev søgt pumpet op og ledtes til udgravningen i depotets sydlige ende. Den nederste del af pumpestationens sider blev dækket med gråt moræneler, som tidligere var gravet op på stedet. Leret blev stampet op med henblik på at forhindre chromholdigt grundvand i at sive til mellemste magasin. 5.2.6 Bentonitspærringer i kloaktraceerBentonitspærrene (se appendix 1) blev alle etableret på følgende måde: Der udførtes en udgravning til ca. 0,3 m under toppen af leret. Derpå blev et ca. 1 m bredt og ca. 0,9 cm tykt bentonitholdigt "tæppe" af typen Voltex rullet ud på en sådan måde, at den nederste del netop nåede udgravningens bund. Efter at flere "baner" tæppe var lagt ud med en indbyrdes overlapning på ca. 20 cm, blev den opgravede jord fyldt tilbage i udgravningen. I "bentonittæppebanens" nederste del - omkring det enkelte kloakrør - blev der skåret et snit, hvorpå tæppets snit blev lagt "omkring" røret og ned i udgravningens bund. Efterfølgende blev der placeret et stykke "tæppe" i udgravningens bund. Dette stykke blev dog forsynet med et tilsvarende snit i den øverste del. Den resulterende overlapning af tæppestykker skulle forhindre gennemsivning af evt. grundvand. Under gravearbejdet var der ikke tegn på grundvandsindsivning.
Figur 9: Denne metodik var egentlig valgt til gennemførelse af alle sivedræn men blev kun gennemført for sivedræn <4> grundet risiko for tilstopning af fiberdugen. 5.2.7 Moniteringsboringer - antal og typerMedio januar 1999 blev der på depotet udført 20 boringer, som skulle danne grundlaget for moniteringen af afværgeforanstaltningernes effekt. Antallet af moniteringsboringer blev senere udvidet i forbindelse med projektet, således at det samlede antal boringer nu er 48. Ved nummereringen af boringerne, der er udført som et led i moniteringen af afværgeprojektet, er der på situationsplanen (appendix 1) benyttet følgende nomenklatur:
Boringer ved hot-spots er benævnt MH1, MH2 osv. 5.2.8 Anvendte jernspånerDe anvendte jernspåner, som består af støbejernsgranulat (genbrugsmaterialer), blev leveret af det tyske firma Gotthart Maier Metallpulver GmbH i Tyskland. De anvendte 200 tons jernspåner blev modtaget i leverancer à 25 eller 50 tons fordelt på plastsække med et indhold på op til ca. 1,5 tons. Der blev observeret betydelig forskel i sækkenes fyldningsgrad. Hver sæk, der blev leveret på træpalle, havde en kubisk grundform med en sidelængde på ca. 0,9 m. Plastsækken var forsynet med et inderlag af LDPE-plast, mens den udenpå var beklædt med hvid, vævet PP-plast. Sækken var i toppen udstyret med "løftehåndtag". Ved leverancen var hver sæk overdækket med en vandtæt, transparent sæk af LDPE-plast. Overdækningen forblev på den enkelte sæk indtil umiddelbart før anvendelsen. Herved mindskedes risikoen for, at jernspånerne blev eksponeret for fugt / vand - og dermed risikoen for, at de rustede. Den oxiddannelse, som korrosionen er udtryk for, kan som tidligere nævnt formindske spånernes reaktive overflade og dermed den opnåelige rensningseffekt. Jernspånerne havde generelt en rektangulær grundform, om end der forekom betydelige afvigelser. De største spåner havde en størrelse på op til ca. 32 x 4 x 2 mm. De mindste partikler i jernspånerne havde karakter af fint støv. Partikelstørrelserne i de første leverancer af jernspåner syntes generelt at være mindre end i de sidste leverancer. Denne observation bekræftes af resultatet af sigteanalysen, som blev udført på 2 stikprøver af jernspåner. Ved vurdering af resultatet af sigteanalysen skal der tages hensyn til spånernes aflange og / eller polygone form, som kan give anledning til forskydninger i forhold til tilsvarende analyser udført på mere sfæriske partikler. Der blev observeret en betydelig farveforskel på indholdet af de enkelte sække selv inden for samme leverance (figur 10). En del af jernspånerne havde en metalblå farve, mens størstedelen af spånerne i større eller mindre omfang havde et rødligt skær. Indholdet af enkelte sække var tydeligt rustrødt. En vurdering foretaget på baggrund af visuelle, stereomikroskopiske analyser indikerer tilstedeværelse af korrosion / rustdannelse på jernspånerne.
Figur 10: Jernspånernes rumvægt er målt til gennemsnitligt 2,4 tons/m3 med en minimum- / maksimumværdi på henholdsvis 2,2 og 2,6 tons/m3. Med en total mængde jernspåner på 200 tons vil dette svare til et areal på ca. 83 m2 i en 1 m bred reaktiv væg. Opmåling af den faktisk etablerede væg viste et areal på ca. 88 m2. A/S AnalyCen har under anvendelse af ICP-teknikken udført akkrediteret metalanalyse af jernspånerne. ICP-analyserne er foretaget efter forudgående oplukning i autoklave ved 121oC i 30 minutter. Ved oplukningen er benyttet kongevand (3 dele koncentreret saltsyre og 1 del koncentreret salpetersyre). Der er analyseret 2 prøver af jernspåner: Prøve A Udtaget den 16. november 1998 fra leverance "100 - 125 tons" efter etablering af 26 m reaktiv væg. Prøve udtaget ca. 1,0 m over væggens bund. Prøve B Udtaget den 30. november 1998 fra leverance "175 - 200 tons" efter etablering af 44 m reaktiv væg. Prøve udtaget ca. 0,5 m over væggens bund. Resultaterne fremgår af nedenstående tabel 3 og tabel 4. Tabel 3:
Resultaterne er præsenteret i tabel 5. Analyserne er udført af Institut for Kemiteknik, Danmarks Tekniske Universitet, Lyngby (v/Anker Jensen). Ved målingen er benyttet metoden: DIN 66 131 - "Bestimmung der spezifischen Oberfläche von Feststoffen durch Gasadsorption nach Brunauer, Emmett und Teller (BET)". Der er på hver prøve udført overflademåling på delprøver af jernspåner, som forinden er tørret. Tabel 5:
|
