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

Dampoprensning under en bygning

5 Aktiviteter under Miljøstyrelsens Teknologiudviklingsprogram

Inden Miljøstyrelsen blev involveret i projektet med aktiviteter under teknologipuljen var der som led i udarbejdelsen af afværgeprojektet for Amtet opstillet et moniteringsprogram. Dette program var opstillet med henblik på at tilvejebringe det nødvendige minimum af viden for projektets gennemførsel. Programmet omfattede daglige driftstilsyn samt dokumentation af dampfronternes udbredelse i jorden, oppumpede mængder af gas og væske samt af forureningsniveauet i den ekstraherede gas- og væskefase såvel før som efter rensning.

Aktiviteterne under teknologiprogrammet er tilrettelagt således at der opnås en væsentligt udbygget dokumentation af temperaturudbredelsen i jorden og en mere detaljeret beskrivelse af forureningsfjernelsen som henholdsvis gas og væske samt det tidslige forløb af forureningsfjernelsen. Desuden indeholder teknologiaktiviteterne en række andre elementer, som er beskrevet i dette kapitel. Resultaterne af aktiviteterne under Teknologiprogrammet fremgår af kapitel 7.

5.1 Udvidet temperaturmonitering

Den påtænkte temperaturmonitering som led i Amtets oprensning omfattede foruden målinger i injektions- og ekstraktionsboringer 14 stk. boringer med termofølere i 5-6 dybder. Samlet omfattede programmet ca. 160 målepunkter.

Med henblik på en mere detaljeret belysning af forløbet af dampudbredelsen i det forurenede sandlag samt en væsentligt mere detaljeret monitering af temperaturudbredelsen i lerlaget, som underlejrer sandlaget, er antallet af målesteder samt målepunkter vertikalt i formationen øget, som en aktivitet under Teknologiudviklingsprogrammet.

Der er således under Teknologiudviklingsprogrammet etableret yderligere 14 temperaturmålesteder med temperaturmonitering for hver halve meter fra 0,5 til 5,0 m.u.t. I den nederste del af sandlaget samt i toppen af lerlaget er målingerne intensiveret således, at der i 6 moniteringsboringer centralt i oprensningsområdet, og omtrent radiært bort fra den ene af injektionsboringerne, er etableret målepunkter for hver ca. 10 cm fra 2,0 til 5,0 m.u.t.

Med boringsplaceringen er det tilstræbt at opnå en detaljeret monitering af temperaturudbredelsen i to radiære snit bort fra en af injektionsboringerne, IB1. Dampinjektionen i denne boring er desuden opstartet 2 dage forud for de øvrige boringer, hvorved der er opnået en samlet injektionsperiode i denne boring på ca. 7 dage, før opvarmningen fra de øvrige boringer intefererer på temperaturmålingerne ind mod den nærmeste ekstraktionsboring, EB2.

Temperaturmoniteringen er generelt foretaget manuelt hver anden dag i perioden med kontinuert drift og ugentligt ved cyklisk drift og umiddelbart herefter.

I de seks boringer med termofølere for ca. hver 10 cm fra 2,0 - 5,0 m.u.t., er temperaturerne i udvalgte dybder registreret automatisk hvert kvarter med et loggersystem. Logningen er foretaget i 16 dybder i hver boring ved hjælp af en centralt placeret multiplexer og datalogger, tilkoblet en PC. Data fra temperaturlogningen indgår i bilag 1.

Som grundlag for evaluering af opvarmningsforløbet og for justeringer af driftsstrategien er der for hver målerunde løbende optegnet iso-kurver for temperaurudbredelsen i udvalgte dybder (1,0; 1,5; 2,25; 3,0 og 3,75 m.u.t.). Iso-kurver for udvalgte dage og dybder er vedlagt i bilag 1.

5.2 Monitering af vertikal trykfordeling

Sideløbende med projektet på Østerbro i Aalborg er der på Danmarks Tekniske Universitet (DTU) - Miljø og Ressourcer - udviklet et modelværktøj til simulering af dampudbredelse i forskellige sedimenter og stratigrafier (Gudbjerg et al. 2001). Med henblik på at kalibrere/validere dette værktøj og gennemføre beregninger af mulig vertikal mobilisering af PCE som følge af en dampoprensning, er det forsøgt at foretage en monitering af trykforholdene omkring toppen af lerlaget under kontinuert og cyklisk drift.

NIRAS er ikke bekendt med, at der på andre projekter er udført in situ trykmålinger af denne type i forbindelse med dampoprensningsprojekter. Der foreligger således ikke umiddelbart praktiske erfaringer med egnet udstyr til in situ trykmåling. Der er ikke udviklet in situ sensorer til dette formål, og sensorer på markedet, som muligvis ville kunne anvendes, er uforholdsmæssigt dyre. Det blev således valgt at etablere et meget lavteknologisk målesystem.

Trykmoniteringen er etableret i to boringer placeret umiddelbart op ad to temperaturboringer med termofølere for hver ca. 10 cm, fra 3,0 - 5,0 m.u.t. Målepunkterne for tryk udgøres af ø 8 mm stålrør forsynet med et finmasket trådnet for åbningen, etableret i dybderne 3,0, 3,5, 4,0, 4,5 og 5,0 m.u.t. Til sammenligning er overgangen fra sand til ler ved de to målesteder truffet ca. 3,5-3,6 m.u.t. De fem stålrør er bundtet og installeret i en arbejdsgang i 8" hulsneglsboringer. Ud for hvert målepunkt er der gruskastet med ca. 20 cm filtersand. Herover er der etableret en forsegling med ca. 30 cm meget tyktflydende "storebæltsblanding"¹, før der igen er placeret sand udfor næste målepunkt. Nær terræn er der forseglet med ca. 1 meter storebæltsblanding.

Det udviklede måleprincip gjorde brug af en trykmåler af boble-typen. Målingerne skulle foretages manuelt ved terræn. Efter en kort rensning af målerørene med trykluft skulle der ved hjælp af en tryktank og reduktionsventiler etableres et luftflow ned i målerøret på 0,5 - 1,0 l/min. Det tryk, som var nødvendigt for at opretholde dette lave flow, ville omtrent svare til trykket i formationen ved målerørets spids. Laboratorieforsøg med dette måleprincip verificerede, at der ved det påtænkte lave flow kunne opnås en måleusikkerhed på maksimalt 1 cm vandsøjle, svarende til ca. 1 mbar.

Få dage efter etableringen af målepunkterne blev det konstateret, at otte af ti målepunkter var tilstoppede og ikke kunne renses. De funktionsduelige målepunkter var placeret i sandlaget i hver sin boring.

Da formålet med målingerne var at studere trykvariationer over dybden ved samme målepunkt til forskellige tidspunkter, blev det besluttet at udelade yderligere monitering af trykforholdene.

5.3 Fastlæggelse af jordparametre

Som led i det ovennævnte arbejde med udvikling af et simuleringsværktøj for dampoprensninger på ISVA, DTU er der gennemført laboratorieforsøg til fastlæggelse af de aktuelle jordlags kapillartrykskurve og permeabilitet.

Centralt i oprensningsområdet er der udtaget 8 jordprøver fra boresneglen fra 1,5 til 3,8 m.u.t. samt en intaktkerne af det underliggende lerlag og to intaktkerner af de øverste jordlag.

Forsøgene på jordprøverne er udført på DTU.

5.4 Vurdering af omfanget af vådoxidation

I forbindelse med dampoprensninger af grunde forurenet med kreosot (i USA) er der konstateret markant forhøjede koncentrationer af CO₂ i den ekstraherede gasfase. Efterfølgende laboratoriestudier på Lawrence Livermore National Laboratories (LLNL) har vist, at der i iltrige jordmiljøer med højt vandindhold og temperaturer omkring 100°C kan ske en kemisk oxidation af organisk stof, herunder organiske forureningskomponenter under frigivelse af CO₂. Denne oxidation kaldes Hydrous Pyrolysis Oxidation (HPO) og kan på dansk benævnes "vådoxidation". Mekanismerne bag denne vådoxidation er kun klarlagt for et begrænset antal miljøfremmede stoffer (TCE, PCE, naphthalen og kreosot-komponenter), men undersøgelser tyder på en universal kemisk nedbrydning, når stofferne blandes med ilt og opvarmes til over 90 °C. Ønskes en speciel høj iltningseffekt, kan dampen iblandes atmosfærisk luft eller ren ilt.

Som led i en igangværende oprensning af chlorerede opløsningsmidler ved dampstripning på Industrivej i Hedehusene er der i flere ekstraktionsboringer observeret markant forhøjede CO₂ værdier (op til 50 % v/v).

I tilknytning til oprensningen på Østerbro i Aalborg er det valgt at belyse betydningen af vådoxidation for forureningsfjernelsen på et overordnet niveau, uden nærmere studier af mekanismerne bag oxidationen.

Forventningen var, at afkastluften efter få ugers drift overvejende ville bestå af udeluft som på grund af vakuumekstraktionen, blev trukket ned gennem den umættede zone i oprensningsområdet. Under opvarmningen er temperaturen i første omgang hævet nær injektionsboringerne, mens den centrale del af oprensningsområdet havde temperaturer omkring baggrundsniveauet. Ved opvarmningen til ca. 40°C, øges den bakterielle aktivitet, mens der ved temperaturer over ca. 50°C forventes en markant hæmning af den biologiske nedbrydning. I områder med temperaturer omkring 100°C kunne der ske den omtalte vådoxidation.

CO₂-koncentrationen i afkastluften før opvarmningen skulle således repræsentere baggrundsniveauet i området samt den biologiske nedbrydning af forureningen ved baggrundstemperaturen. I opvarmningsfasen ville CO₂-koncentrationen i afkastluften afspejle såvel den biologiske omsætning af forureningen som den forventede vådoxidation. Efter fuld opvarmning af oprensningsområdet var det forventet, at CO₂-indholdet overvejende repræsenterede den forventede vådoxidation af forureningskomponenterne.

I alle oprensningens faser har CO₂-indholdet i poreluften vekselvirket med grundvandsmiljøet via karbonatsystemet. Ved den udførte grundvands- og poreluftekstraktion i oprensningsperioden har der ikke indstillet sig nogen form for hydraulisk eller kemisk ligevægt. En detaljeret fastlæggelse af CO₂-tabet til karbonatsystemet vurderes således ikke mulig. CO₂-produktion fra en betydende vådoxidation vurderes dog, uanset tabet til karbonatsystemet, at ville afspejles ved forhøjede CO₂-koncentrationer i afkastluften.

Moniteringen til belysning af mulig vådoxidation i dampzonen er således udelukkende udført ved CO₂, O₂ og CH₄ målinger på afkastluften fra ekstraktionssystemet før, under og efter opvarmningen. Moniteringen er foretaget med et IR-instrument ca. 2 gange dagligt. Resultaterne af den udførte monitering er vist i bilag 2. Såfremt det skal dokumenteres nærmere, hvorfra den dannede CO₂ stammer, kan der anvendes isotopanalyser (forholdet mellem C₁₃ og C₁₄).

5.5 Udvidet dokumentation af vertikal mobilisering af fri fase forurening

En mulig ulempe ved dampstripning er risikoen for vertikal mobilisering af fri fase til større dybde end før oprensningen. Dette kan forårsages af to mekanismer: Dels kan ansamling af væsentlige sammenhængende legemer af fri fase i kondensationsfronten forårsage en lodret mobilisering heraf, og dels medfører opvarmningen en ændring i overfladespændingen mellem vand og fri fase, hvorved mobiliseringen af fri fase ind i lavpermeable jordlag - som ikke direkte berøres af dampgennemstrømning - muligvis lettes.

Dette mulige fænomen er søgt klarlagt ved modelstudier på DTU, Lawrence Livermore National Laboratories (LLNL) og University of California, Berkeley samt ved beregninger i forbindelse med (Miljøstyrelsen 2000). Problemstillingen er ikke endeligt belyst, men formentlig kan dampstripning i umættet zone ved meget høj residual mætning med fri fase (formentlig mere end ca. 1.000 mg/kg for PCE) medføre en vertikal mobilisering. Modelsimuleringer for TCE udført på LLNL i umættet zone med meget høj residual mætning og viste dog ikke tegn på vertikal mobilisering (Aines et al 2001).

I den mættede zone er tilbøjeligheden til vertikal mobilisering på grund af opdrift og kapillære kræfter/overfladespændinger væsentligt mindre.

I litteraturen foreligger der ikke oplysninger om, at dampstripning som oprensningsteknik på feltskala har forårsaget vertikal mobilisering af forurening.

På Østerbro er der påvist fri fase PCE i en enkelt boring, og som led i dampoprensningen kan der være risiko for forureningsspredning til lerlaget under det forurenede sandmagasin. Den gennemførte driftsstrategi med cyklisk dampinjektion har dog sigtet mod at hindre en sådan spredning.

Med henblik på at opnå en detaljeret dokumentation af en eventuel vertikal forureningsspredning som følge af dampoprensningen er der gennemført jordprøvetagning i forskellige dybder i lerlaget i oprensningsområdet. Prøvetagningen er foretaget i to felter på 0,5 m x 0,5 m i den værst forurenede del af kildeområdet. Henholdsvis før og efter oprensningen er det udtaget prøver fra tre forede boringer i hvert felt. Prøverne er udtaget som intakte kerner af minimum 0,5 meters længde i dybdeintervallet fra 3,5 - 5,0 m.u.t. De intakte kerner er inspiceret visuelt, og opskåret for hver 10 cm. I hver snitflade er der udført PID måling samt farvetest for indhold af fri fase ved hjælp af Sudan IV. Desuden er prøverne fra toppen af lerlaget samt henholdsvis 10 og 30 cm nede i leren analyseret akkrediteret for indhold af chlorerede opløsningsmidler og kulbrinter.

Udtagningen af de intakte kerner er foretaget i områder, hvor der ligeledes udføres detaljeret temperaturmonitering omkring toppen af lerlaget. Dette muliggør sammenstilling af analyseresultaterne med de opnåede temperaturer, jf. figur 7.6 og 7.7.

5.6 Monitering af forureningsniveau i afkast under cyklisk drift

Oprensningen på Østerbro er foretaget ved omtrent kontinuert dampinjektion i en periode på ca. 70 dage til stort set hele oprensningsområdet havde nået damptemperatur og fortsat drift ikke medførte væsentlig yderligere opvarmning. Herefter er der foretaget cyklisk drift i ca. en måned.

Formålet med den cykliske drift er at reducere niveauet af opløst forurening i kondensat 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 kondensat omkring dampzonerne samt opløst og eventuel fri fase i lavpermeable dele af oprensningsområdet.

Mekanismerne bag cyklisk drift samt formålet hermed er overordnet beskrevet i kapitel 3. I den afsluttende del af den kontinuerte drift er der påvist meget lave forureningsniveauer i det oppumpede grundvand, og på baggrund heraf var det forventet, at den væsentligste effekt af den cykliske drift på Østerbro var, at trykaflastningen i dampzonen tillod kondensat over dampzonen af infiltrere de dybereliggende opvarmede jordlag. Herved ville kondensatets indhold af forureningskomponenter bringes på gasfase og kunne fjernes ved vakuumekstraktionen. Endvidere forventedes en effekt overfor eventuel fri fase PCE i sprækker i leren under det forurenede sandlag.

Dokumentationen af forureningsfjernelsen i de forskellige faser af den cykliske drift er styrket ved intensiv monitering finansieret af Miljøstyrelsens Teknologiudviklingsprogram. Moniteringen er dels foretaget ved PID-måling på afkastluft umiddelbart før kulfiltrene og dels ved analyse af kulrørsprøver udtaget samme sted.

5.7 Monitering af relativ fugtighed i afkastluft

I tilknytning til arbejdet på ISVA, DTU med udvikling af et simuleringsværktøj for dampoprensninger har det været et ønske under den cykliske drift at bestemme variationen i andelen af ikke kondenserbar gas i den ekstraherede gasfase. Dette er søgt opnået ved hjælp af en sensor til registrering af relativ fugtighed i den ekstraherede gasfase. Sensoren af typen Rense HX-730-M-02 blev installeret på ekstraktionsstrengen for gasfasen før behandlingsanlægget, og data er opsamlet på en logger af typen Nomad MAHR 32000. Der findes ingen sensorer designet til målinger af denne type, og den anvendte sensor blev udvalgt ud fra oplysninger om stor robusthed. Sensorens bestandighed i det aktuelle meget aggressive miljø kunne dog ikke garanteres af leverandøren.

Ca. 2 timer efter etableringen af målesystemet blev sensoren defekt. Gentagne forsøg på rensning mv. var resultatløse, og det blev besluttet ikke at erstatte sensoren.

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