Sammenfatning og konklusioner, Miljøstyrelsen

Passiv ventilation til fjernelse af PCE fra den umættede zone - Hovedrapport

Sammenfatning og konklusioner

På baggrund af et stigende antal fund af chlorerede opløsningsmidler i grund-vandet, samler interessen sig om at undersøge nye og eksisterende afværge-teknikkers anvendelighed over for denne stoftype. Afværgeteknikken baseret på passiv ventilation (PV) har ved gennemførte pilotforsøg vist lovende resultater. Metoden er oprindeligt udviklet i USA, og er her afprøvet over for en række forskellige forureningstyper og med forskellige konfigurationer af boringer.

For at dokumentere teknikken under danske forhold, er der under Miljøstyrelsens teknologiprogram og i samarbejde med Storstrøms, Frederiksborg og Ribe amter igangsat en afprøvning af teknikken på 4 lokaliteter, alle tidligere renserigrunde forurenet med PCE. På alle lokaliteter er der under et dæklag af ler påvist en umættet zone af permeabelt sand/grus, hvortil der er sket et gennembrud af PCE Der er således på alle lokaliteter påvist en kraftig og udbredt poreluftforurening.

Ved PV udnyttes de naturligt forekommende trykgradienter mellem atmosfæren og den umættede zone til at drive forurenet poreluft til terræn via filtersatte boringer. Metoden kan anvendes over for flygtige stoffer som fx PCE og andre chlorerede forbindelser, den flygtige del af benzinprodukter, herunder MTBE, samt methan fra lossepladser. Alternativt er det muligt at styre luftflowet ned i boringer, hvorved iltholdigt atmosfærisk luft kan tilføres den umættede zone. Herved stimuleres den aerobe mikrobiologiske nedbrydning af oliekomponenter, og metoden betegnes i dette tilfælde "passiv bioventing".

I Danmark skyldes variationerne i atmosfæretrykket primært passage af høj- og lavtryk, og kun sekundært temperaturvariationer i atmosfæren. Variationerne i selve atmosfæretrykket er generelt små (få procent), men sker over store områder og indeholder en betydelig energimængde. Størrelsen af trykgradienten mellem atmosfæren og den umættede zone afhænger bl.a. af den overliggende jords tykkelse og permeabilitet. Metoden kræver således, at der findes et terrænnært lavpermeabelt lag af fx. moræneler. Denne trykgradient og permeabiliteten af selve den umættede zone, der ønskes ventileret, er de styrende parametre for størrelsen af det luftflow, som kan opnås. I rapporten er teorien og de styrende ligninger samt relevante fysiske parametre bag PV beskrevet, og det er trin for trin vist, hvordan disse parametre kan bestemmes udfra pilotforsøg. Endvidere er det vist, hvordan det gennemsnitlige luftflow fra en passivt ventilerende boring kan beregnes udfra bl.a. en historisk tidsserie for atmosfæretrykket og de fysiske parametre bestemt ved pilotforsøg.

Der er udviklet et prototype-system til PV bestående af en boring, filtersat i den umættede zone, et aktivt kulfilter til at rense poreluften før afkast og en en-vejs- ventil, der kun tillader udstrømning af poreluft fra boringen. De enkelte komponen-ters tryktab er beregnet og målt i laboratoriet, og det er efterfølgende ved målingerne på de enkelte lokaliteter dokumenteret, at systemet som helhed har et meget lavt tryktab (<0,5 mBar) og yder en ubetydelig reduktion af det naturlige luftflow. Det udviklede kulfilter kan tilbageholde ca. 450 gram PCE, før der registreres gennembrud. Alle de anvendte komponenter har vist sig at være robuste, og det vurderes at være tilstrækkeligt at tilse systemerne en gang årligt for funktion. Er der meget høje koncentrationer af PCE i den udstrømmende poreluft, kan det være nødvendigt med halvårlige tilsyn og kulskift.

Det gennemsnitlige årlige luftflow fra en PV-boring varierer fra 0,2 til 1,1 m³/t. Antallet af udstrømningsperioder er ca. 180 pr. år, og har en gennemsnitlig varig-hed på 13-25 timer. Den maksimale varighed af en udstrømningsperiode er ca. 4,5 dage og det maksimalt registrerede luftflow er ca. 32 m³/t. Der foregår en udstrømning af poreluft i 40-50% af tiden, svarende til at differenstrykket statistisk set er positivt i 50% af tiden. Det maksimale differenstryk er ca. +/- 11 mBar, og er registreret i forbindelse med et ekstremt hurtigt atmosfærisk trykfald. På lokaliteten i Askov er de største flow registeret, og det samlede årlige luftflow fra systemets 9 filtre er ca. 0,2 mill. m³ /år, svarende til et gennemsnitsflow på 23,7 m³/t. Under et ekstremt hurtigt atmosfærisk trykfald er der registeret et kortvarigt flow på ca. 250 m³/t, hvilket er i samme størrelsesorden som for et aktivt system med elektriske vakuumpumper. Den totale udstrømmede poreluftmængde på de enkelte grunde indikerer, at der er sket en luftudskiftning i den umættede zone svarende til mellem 25 og 100 porevolumener i løbet af 2 år.

På de enkelte lokaliteter, har startkoncentrationerne for PCE i poreluften i gennemsnit ligget på mellem 100 og 300 mg PCE/m³. I løbet af ca. 18-24 mdr.s drift er der sket en reduktion i gennmemsnitskoncentrationen på 50-85%, men med en stor variation mellem de individuelle filtre. Således udviser nogle filtre en reduktion op til 96%. I gennemsnit er koncentrationerne på de enkelte lokaliteter reduceret til mellem 30 og 120 mg PCE/m³, med det laveste gennemsnitsniveau opnået i Askov, hvor det største flow, men også mindste antal porevolumenudskiftninger er målt. Den tidslige udvikling i koncentrationsniveauet er tilnærmelsesvis eksponentiel. Der kan således beregnes en halveringstid for det gennemsnitlige fald i koncentrationen på 7 mdr. for Askov-lokaliteten, mens den er op til 28 mdr. for de øvrige. Den horisontale udbredelse af områder med høje PCE-koncentrationer (>50-100 mg PCE/ m³) er reduceret væsentligt, og der er således tydelig indikation på en effekt af driften. I områder med lave udgangs-koncentrationer ses kun en svag reduktion. Kun i enkelte filtre ses stigende koncentrationer mod slutningen af måleperioden, hvilket skyldes en stigende grundvandsstand og dermed en reduceret mægtighed af den umættede zone, og som følge heraf et mindre eller helt fraværende luftflow.

Den samlede fjernelse af PCE i løbet af de to driftsår på de fire lokaliteter er hhv. 2-3, 5, 8 og 50-60 kg. Den største fjernelse af PCE ses i Askov. Hertil kommer en mindre mængde nedbrydningsprodukter af PCE, svarende til ca. 1-5 % af den fjernede PCE-mængde. Den årlige fjernelsesrate for systemerne efter 2-4 års drift vurderes at blive 0,1-1 kg PCE/år, hvilket nogenlunde modsvarer den skønnede nedsivning til den umættede zone, beregnet udfra de eksisterende data. Sammen-fattende vurderes det således, at de eksisterende systemer på sigt er i stand til dels fortsat at fastholde det nuværende reducerede koncentrationsniveau, og sandsynligvis reducere koncentrationerne yderligere, og herved reducere massefluksen til grundvandet væsentligt.

På lokaliteten i Askov vurderes det, at massefluksen til grundvandet er reduceret i løbet af de 2 første driftsår, idet koncentrationen af PCE i grundvandet direkte under en af de passivt ventilerende boringer er faldet fra 300 µg/l til 20 µg/l. Dette vurderes også at være i god overensstemmelse med at der er fjernet over 50 kg PCE fra den umættede zone. En tilsvarende tendens i grundvandet er observeret på en anden af feltlokaliteterne.

På lokaliteten i Fakse, er der ved to boringer foretaget målinger i kalken. Der er påvist et gennemsnitligt luftflow af samme størrelse og med samme udstrømnings-forløb som fra filtrene i sandlaget på grunden. I den ene boring har der også været monteret en mini 12V-vakuumpumpe, der har været drevet af et system af solceller og en lille vindmølle placeret på grunden. Det gennemsnitlige årlige flow har været ca. 1 m³/t, og fra denne og en yderligere boring er der totalt fjernet ca. 0,25 kg PCE. Denne pumpe har ydet 5 gange mere end hvad der er strømmet ud alene ved passivt flow, og dette viser, at det er muligt på en enkel måde at forøge det naturlige flow ved hjælp af elektrisk energi udvundet fra andre former for vedvarende energikilder. Systemet har kørt meget stabilt, men prisen (65.000 kr.) for systemet er relativt høj i forhold den opnåede merydelse. Da solcellerne relativt har bidraget med 80% af den samlede effekt, vurderes det, at eventuelle fremtidige systemer alene bør drives af solceller koblet direkte på pumpen, så unødig elektronik undgås, og der samtidig opnås en væsentlig besparelse.

På projektlokaliteterne har der været anvendt en forventet "influensradius", svarende til en boringsafstand på 15 m. I praksis har der været anvendt afstande mellem de enkelte boringer på mellem 7 og 20 m, størst i Askov og mindst i Fakse. For alle lokaliteter ses der aftagende koncentrationer over tid, men der er ikke nogen simpel sammenhæng mellem fx boringsafstand eller antallet af porevolumener udskiftet og den opnåede effekt. Beregnes "influensradius" som den horisontale afstand, hvorfra en PV-boring opsamler luften, og anvendes det gennemsnitlige afkastede luftvolumen for alle udstrømningshændelser, kan "influensradius" beregnes til mellem 1 m (Fakse) og 4 m (Askov). Med samme fremgangsmåde kan det beregnes, at en PV-boring under den største enkelt-udstrømningsperiode (volumenmæssigt) har opsamlet luft fra mellem 3 m (Fakse) og 10 m (Askov). De gennemførte tracerforsøg indikerer generelt en større transportafstand end beregningerne ovenfor, og dette skyldes sandsynligvis en vis heterogenitet i den vertikale permeabilitet i den umættede zone.

Ved design af fremtidige systemer bør der, hvis startkoncentrationerne er større end ca. 50-100 mg PCE/m³, gennemføres en indledende fase med aktiv ventilation, hvorved den evt. akkumulerede forureningsmasse hurtigt kan reduceres væsentligt. Når fjernelsesraten ved den aktive fjernelse stabiliseres, oftest efter få uger eller måneder, kan der skiftes til passiv ventilation. For grunde med relativt høje naturlige luftflow (> 2 m³/t) foreslås det at anvende en boringsafstand på 15 m, mens der for naturlige luftflow mellem 0,5 og 2 m³/t kan anvendes en boringsafstand på 10 m. Endelig vil en boringsafstand på 5 m kunne anvendes, hvor det naturlige luftflow er meget lavt (<0,5 m³/t). Generelt anbefales det primært at placere PV-boringerne i kildeområdet for det overliggende lavpermeable materiale, således at der fokuseres på at opsamle PCE’en der, hvor den bevæger sig ind i den umættede zone.

Anlægsinvesteringerne for et standardsystem med 5-6 PV-boringer, som det, der er implementeret på de to lokaliteter i Allerød, har pr. grund været ca. 200.000 kr., ekskl. moms. Afhængig af den eksakte konfiguration, koster en PV-boring til 20 m, inklusiv kulfilter, således ca. 35-40.000 kr., ekskl. moms. Findes der eksisterende boringer, som kan konverteres til PV, kan udgiften begrænses til en brønd med tilhørende kulfilter, svarende til en udgift på ca. 15-20.000 kr., ekskl. moms. For et system som i Askov med 6 boringer uden kulfiltre og afkast ført til tagryg, har den samlede udgift været 190.000 kr., ekskl. moms, og således ikke væsentlig forskellig fra designet med kulfiltre. For PV-systemet (ikke medregnet det aktive system med solceller mv.) implementeret i Fakse, med 8 filtre i sandlaget og 2 i kalken, har den samlede udgift været 260.000 kr., ekskl. moms. Et pilotforsøg med passiv ventilation kan typisk gennemføres for 45-90.000 kr., ekskl. moms, afhængig af det ønskede detaljeringsniveau og afhængigt af, om der findes en boring, der kan anvendes direkte. Projektering af et standard PV-system vil typisk kunne gennemføres for 30-60.000 kr., ekskl. moms.

Driftsudgifterne til standardsystemet med kulfilter er relativt lave, idet det vil være tilstrækkeligt at gennemføre en årlig funktionskontrol. I forbindelse hermed kan der gennemføres målinger af de aktuelle koncentrationer i hvert filter, og kulfiltre med gennembrud kan udskiftes. Dette årlige besøg, inklusive udskiftning af seks kulfiltre og en kort rapport, kan gennemføres for ca. 45.000 kr., ekskl. moms., afhængig af antallet af kulfiltre med gennembrud. Udelades koncentrations-målingerne, kan de årlige driftsudgifter reduceres til ca. 20-25.000 kr., ekskl. moms.