Undersøgelse af kulbrintenedbrydning ved naturlige processer

Sammenfatning og konklusioner

Denne rapport omhandler naturlig nedbrydning af en benzinforurening fra et tidligere detailsalgsanlæg beliggende Nykøbingvej 295, Radsted (Lolland). Der er observeret en forurening, primært benzin, i umættet zone omkring en tankgrav på ejendommen. Denne forurening har spredt sig til det underliggende grundvandsmagasin.

Formålet med projektet har været at sammenholde forureningens maksimale udbredelse med den teoretiske udbredelse. Ydermere at undersøge udviklingen i koncentrationer i BTEX´er over tid/afstand, undersøge udviklingen i redoxfølsomme parametre i og udenfor forureningsfanen samt at undersøge muligheden for beregning af nedbrydningsrater for benzen, toluen, ethylbenzen og xylener. Endelig har det været formålet at vurdere valg af analyseparametre og moniteringsfrekvens til vurdering af naturlig nedbrydning.

Datagrundlaget for nærværende rapport er de tidligere undersøgelser foretaget på ejendommen, primært i OM regi, det supplerende moniteringsprogram under Miljøstyrelsens Teknologiudviklingsprogram for jord- og grundvandsforurening, samt diverse studenterprojekter under Danmarks Tekniske Universitet.

På baggrund af den teoretiske gennemgang og de observerede data kan der drages følgende konklusion om undersøgelse og monitering af naturlig nedbrydning af kulbrinter:
Dokumentation af naturlig nedbrydning og efterfølgende monitering er vanskelig i stærkt heterogene grundvandsmagasiner. En heterogen geologi kan medføre store variationer i de hydrauliske parametre hen over året hvor nedbøren veksler.
Der kræves et stort antal boringer for at kunne udarbejde et detaljeret grundvandspotentialekort når geologien er stærkt heterogen. Det er for usikkert at basere en overordnet grundvandsstrømningsretning på grundvandets trykniveau i kun 3 boringer. Forureningsudbredelsen er styret af den resulterende vektor for grundvandsstrømningen i magasinet over tid. Dette betyder at forureningsfanen "reagerer trægt" i forhold til pludselige ændringer i grundvandsstrømningsretningen. Ændringer i redoxforholdene sker endnu langsommere, da der er en betydelig bufferkapacitet i redoxmiljøet (eksempelvis stor pulje af jern(III) og sulfat).
Der er observeret fluktuationer i grundvandsspejlets trykniveau på ca. 1,5 meter i løbet af en årscyklus.
Den horisontale forureningsudbredelse er svingende afhængig af årstiden, men vurderes at ligge i størrelsesordenen 30-40 meter nedstrøms kildeområdet. Til sammenligning har den samlede partikelbevægelse i grundvandet været ca. 1.400 meter på de 26 år forureningen (som minimum) vurderes at have været i grundvandsmagasinet.
På den konkrete lokalitet vurderes det at forureningen med kulbrinter i grundvandet nedbrydes naturligt under aerobe, nitratreducerende og jernreducerende forhold. Denne vurdering er primært baseret på ændringer i redoxkemien, der er sammenfaldende med forureningsfanens udbredelse. I den nedre del af forureningsfanen er det dog vanskeligt at se dette sammenfald, da det vurderes at der overordnet sker et skift til mere reducerede forhold i overgangen fra semi-artesiske til artesiske magasinforhold.
Det har været vanskeligt at kvantificere et massetab som funktion af naturlige nedbrydningsprocesser. Dette skyldes primært at det ikke har været muligt at estimere effekten af fortynding. Isomererne af trimethylbenzen har ikke kunnet anvendes som konservative tracere, da de tydeligvis undergår større reduktion end f.eks. benzen, hvis det antages at sorption er uden betydning pga. forureningens alder. En præcis fluxberegning i flere tværsnit i forskellig afstand fra kilden har heller ikke været mulig for at vise et massetab. Dog har indledende fluxbetragtninger sandsynliggjort at hele reduktionen i koncentrationen af forureningskomponenter ikke alene kan skyldes effekten af fortynding.
Ved at sammenholde den konkrete viden om forureningens udbredelse i grundvandsmagasinet med to beregninger via. Miljøstyrelsens risikovurderingsmodel JAGG er det tydeligt, at modellen er udmærket til at foretage en indledende vurdering af forureningsspredningen og nedbrydningsforholdene. Modellen har derimod svært ved at håndtere komplekse informationer, så som varierende redoxforhold og multiple nedbrydningskonstanter. Modellens formål er da også primært at angive om der er en risiko i forhold til grundvandsressourcen ud fra en række antagelser om bl.a. nedbrydningsforholdene. Såfremt man ved anvendelse af modellen vurderer at naturlige nedbrydningsprocesser kan eliminere en risiko i forhold til grundvandsressourcen, skal dette efterfølgende dokumenteres ved mere omfattende undersøgelser i form af bestemmelse af den lokalitetsspecifikke nedbrydningskonstant.

Essensen af resultaterne af dette projekt er, at det er vanskeligt at dokumentere naturlig nedbrydning af kulbrinter i stærkt heterogene grundvandsmagasiner på et niveau svarende til det der beskrevet i teorien (kapitel 2).

Det er tydeligt vist, at der sker en kraftig reduktion i koncentrationen af kulbrinter som funktion af afstanden til forureningskilden og forureningsfanen vurderes at være 30-40 meter lang. Ud fra det nuværende reguleringspraksis er forureningsfanen beliggende indenfor den initiale behandlingszone (afstanden svarende til et års grundvandstransport eller maksimalt 100 m) /18/.

Der er på det seneste dukket en række metoder op, som kan være med til yderligere at styrke dokumentationen for de naturlige nedbrydningsprocesser. Nogle teknikker er kvalitative, så som isolering af specifikke nedbrydere (mikroorganismer) i forureningsfanen og sammenligne dette med sammensætningen af mikroorganismer uden for forureningsfanen. Andre metoder er mere kvantitative, så som isotop-fraktionering, hvor ændringer i rationen mellem isotoper af forskellige molekyler direkte kan relateres til præferentiel nedbrydning.

At lade de naturlige nedbrydningsprocesser af kulbrinter i grundvandet indgå som et led i undersøgelses- og afværgekonceptet, er efterhånden praksis i en række lande, herunder USA. Metoderne til dokumentation er i udlandet afprøvet gennem snart et årti og det er tydeligt, at der stadig kan tilføjes en række betragtninger, der kan gøre dokumentationen mere robust og troværdig, hvilket dette projekt viser. Sagen viser tillige, at der er et behov for nogle retningslinier for "brugen" af naturlig nedbrydning i forbindelse med kulbrinteforureninger i Danmark