|
Dampoprensning under en bygning 3 Afværgeteknik, -anlæg ogstrategi
3.1 Dampstripning, kort beskrivelse af teknikkenDampstripning er en in situ afværgeteknik, som er velegnet til oprensning af forurening med flygtige og semi-flygtige forureningskomponenter (chlorerede opløsningsmidler, olieprodukter som benzin, let gasolie, petroleum, terpentin samt kreosot) fra forholdsvist højpermeable, sandede jordlag. Teknikken er ligeledes effektiv til oprensning af ca. 0,5 meter af mere lavpermeable jordlag, som støder op til en dampzone i højpermeable lag. Teknikken er beregnet til oprensning af kildeområder med kraftig residual jordforurening samt forurening på fri fase. Ved dampstripning opvarmes jordlagene af den varme, som afgives, når damp kondenserer ved kontakt med kold jord/grundvand. Ved opstart af dampinjektionen opvarmes jordlagene umiddelbart omkring boringerne gradvist til damptemperatur, hvorefter der udbredes dampzoner fra injektionsboringerne. Dampinjektionen foretages ofte fra en række boringer i periferien af kildeområdet således, at der opnås en sammenhængende ring af damp omkring kildeområdet, såvel i umættet som mættet zone. Ved etableringen af en dampring i den mættede zone mellem injektionsboringerne er det hensigten at opnå en hydraulisk adskillelse af kildeområdet fra det omkringliggende grundvandsmagasin. Dampzonen blokerer så at sige for tilstrømmende grundvand, hvorefter kildeområdet delvist kan afvandes. Ved opvarmningen af jordlagene og etableringen af ovennævnte dampring mobiliseres forureningen mod den centrale del af kilden. Forureningen mobiliseres dels ved kogning af fri fase, nedsættelse af viskositet, densitet og overfladespænding for frie faser, ved desorption af jordforurening samt ved afdampning af opløst forurening til damp/poreluft. Den mobiliserede forurening føres med dampen frem til kondensationsfronten, som markerer overgangen til områder, som endnu ikke har nået damptemperatur. I kondensationsfronten vil der ske ansamling af fri fase forurening samt kondensation af damp og gasformig forurening. I den centrale del af kilden foretages ekstraktion af poreluft, grundvand og damp med henblik på at opnå en dampstrømning fortrinsvis ind mod kildeområdet samt for at opnå en opsamling af den mobiliserede forurening på gas- og væskeform. En forudsætning for anvendelse af dampstripning er, at permeabiliteten for jordlagene er større end ca. 1 darcy (1 Darcy ~ 10-12 m2) , svarende til minimum finsand. Udbredelsen af dampzonerne, som beskrevet ovenfor, foregår ved konvektiv transport i de højpermeable jordlag. I lavpermeable jordlag kan der i praksis ikke etableres egentlige dampzoner med konvektiv transport. Lavpermeable lag, som støder op til højpermeable lag, kan dog opvarmes og oprenses ved varmeledning fra dampzoner i disse. Dybden ind i de lavpermeable lag, hvortil der kan oprenses, afhænger primært af, hvor længe der opretholdes damptemperatur i det tilstødende højpermeable lag. Dybder på 0,5 - 1 meter ind i lerlag er nævnt i flere referencer (Miljøstyrelsen 1998b). Dampstripningen foretages typisk med kontinuert injektion, indtil hele oprensningsområdet har nået damptemperatur. Herefter følger ofte en periode med cyklisk drift. Formålet med den cykliske drift er at reducere niveauet af opløst forurening i kondensatzonen samt at mobilisere og fjerne forurening, som ikke oprenses under kontinuert drift af anlægget. Den cykliske drift er således primært rettet mod opløst forurening i kondensatet omkring dampzonerne samt opløst og eventuel fri fase i lavpermeable dele af oprensningsområdet. Ved cyklisk drift foretages en pludselig trykaflastning i det opvarmede område (ved neddrosling/standsning af dampinjektionen og eventuelt samtidig øgning af ekstraktionsvakuum). Den forventede oprensningseffekt ved den cyklisk drift antages primært at skyldes følgende fire mekanismer:
Det skal understreges, at funktionen og betydningen af ovennævnte mekanismer ikke er tilbundsgående belyst. På Østerbro var det forventet, at den cykliske drift primært ville medføre en øget oprensningseffekt i de vandmættede (kondensat og regnvand) jordlag omkring og specielt over dampzonen samt af eventuel fri fase i sprækker i den underliggende ler. Ovennævnte anlægsopbygning og driftsstrategi sikrer med størst mulig sikkerhed, at der ikke opstår utilsigtet spredning af forurening ud af oprensningsområdet. 3.2 Dimensionering og kort beskrivelse af afværgeanlæggetDampinjektionen på Østerbro er indrettet til oprensning af et forholdsvis velafgrænset kildeområde. Afværgeanlægget er dimensioneret på baggrund af erfaringer fra lignende oprensninger foretaget i USA, herunder Alameda Point, San Francisco og ud fra beregninger med et modelværktøj til simulering af dampudbredelser i porøse jordlag udviklet af NIRAS, SteamTech Inc. og University of California, Berkeley. Dette værktøj er indbygget i et excel- regneark og er baseret på Marx Langenheims udtryk for energibalancen ved dampinjektion (med varmetab), en massebalance for injiceret vand (som damp), darcys strømningsligning og tilstandsligningen. Efter dampoprensningen er der foretaget simuleringer af forskellige scenarier for udbredelse af dampzoner mv. ved hjælp et designværktøj for dampoprensninger udviklet på DTU. Simuleringerne er gennemført af Jacob Gudbjerg, DTU og en artikel, som beskriver de opnåede resultater er vedlagt i bilag 3. I relation til det valgte design for oprensningen understøtter simuleringerne med det nye værktøj, at designet samt afværgestrategien på Østerbro er konservativt. Dimensioneringen er foretaget ud fra ønsket om at opnå en sammenhængende ring af damp rundt om kildeområdet efter ca. 15 dage og en fuld opvarmning af kildeområdet efter ca. 30 dage. Det maksimalt tilladelige injektionstryk er bestemt som ca. 0,75 til ca. 1 gange trykket fra jordsøjlen over injektionsniveauet, svarende til ca. 0,4 - 0,6 atm. Estimeringen af den mulige dampinjektion samt oppumpningen af grundvand er baseret på in situ tests til bestemmelse af permeabiliteten i den mættede zone. Der er således udført slug tests med datalogning i en ø160 mm boring etableret nær oprensningsområdet samt tre-trins pumpetests i tre ø63 mm undersøgelsesboringer i kildeområdet. Samtlige testboringer var filtersat over hele den mættede zone. Permeabiliteten i den mættede zone er herved estimeret til mellem 6 og 15 darcy. Estimeringen af den mulige oppumpning af poreluft/damp samt det nødvendige pumpevakuum er foretaget ved en vakuumventilationstest udført i en ø160 mm boring etableret nær oprensningsområdet. 10 stk. poreluft sonder og boringer er anvendt til manuelle målinger af vakuumudbredelse. Ved et pumpevakuum på ca. 85 mbar er der opnået en ydelse på ca. 55 m3/time. Ved denne pumpeindstilling var afstanden fra pumpeboringen til 1 mbar vakuumkurven (influensradius) ca. 3 - 4 m. På baggrund af simuleringer med ovennævnte beregningsværktøj og de nævnte forudsætninger/inddata er det valgt at foretage oprensningen ved hjælp af 11 injektionsboringer. Otte af de 11 injektionsboringer er placeret i periferien af forureningen, mens der centralt i oprensningsområdet er etableret tre injektionsboringer med henblik på at sikre en tilstrækkelig opvarmning i centrum af forureningen sidst i driftperioden. Et oversigtskort med boringsplacering fremgår af figur 3.1.
Figur 3.1 Injektionsboringerne er udført i 2" stålrør, og er filtersat med en halv meter filter umiddelbart over lerlaget (ca. 3,2-3,7 m.u.t.). Den samlede dampinjektionsmængde var estimeret til maksimalt 1.200 kg damp per time (ca. 150 kg/time/boring) og har under oprensningen andraget op til 1.000 kg/time (125 kg/time/boring) ved et maksimalt injektionstryk (overtryk i forhold til atmosfæretrykket) på ca. 0,5 - 0,6 atm. (ca. 0,7 atm. i enkelte boringer). I perioden med kontinuert drift har injektionsraten typisk været 600 - 800 kg/time (75 - 100 kg/time/ boring). Fra en centralt placeret generator, er dampen ved hjælp af brugte overjordiske fjernvarmerør tilledt de enkelte boringer. Ved hjælp af kugleventiler har det været muligt at foretage en individuel justering af dampflowet til de enkelte boringer. Det maksimale dampflow til en boring har været ca. 140 kg/time. For driftsperioden var forventet en grundvandsoppumpning på ca. 1-5 m3/time, mens der var forventet en ekstraktion af poreluft på ca. 250 - 350 Nm3/time. Centralt i kildeområdet er der ekstraheret grundvand (ca. 1 - 3 m3/time) og poreluft/damp (ca. 300 nm3/time) fra to boringer. De to ekstraktionsboringer er udført med 6" stålrør, og er filtersat fra ca. 1,0-4,0 m.u.t. Den ekstraherede gas- og væske fase er tilledt et behandlingsanlæg, hvor der efter køling af begge medier er foretaget en udskilning af kondensat og en opsamling af fri fase forurening i en særskilt beholder. Det kølede grundvand/kondensat samt den ikke kondenserbare del af gasfasen er ledt gennem filtre med aktivt kul inden afledning til henholdsvis kloak og atmosfære. 3.3 Beskrivelse af driftsstrategienOprensningen på Østerbro 24, Aalborg er foretaget med en strategi som beskrevet ovenfor. På baggrund af simuleringer af den teoretiske dampudbredelse på lokaliteten blev det estimeret, at der inden for ca. 15 dages kontinuert injektion kunne etableres en sammenhængende ring af damp i periferien af kildeområdet. Det blev desuden estimeret, at kildeområdet i al væsentlighed ville have opnået damptemperatur efter ca. 30 dage. Den samlede driftstrategi omfattede således 30 dages kontinuert injektion efterfulgt af 30 dages cyklisk drift.
|
