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

Oprensning af klorerede opløsningsmidler ved stimuleret reduktiv deklorering

4 Diskussion

Forløbet af pilotforsøget har vist sig markant anderledes end først antaget på to centrale områder. For det første er det ikke lykkedes at få en homogen tilsætning af HRC/Primer til grundvandsmagasinet, for det andet er det ikke lykkedes at initiere den reduktive deklorering, selv om redoxforholdene tilsyneladende er optimale i dele af grundvandsmagasinet.

4.1 Substratfordeling

I afsnit 3.3.3. blev forholdene omkring injektionen af substrat behandlet. Injektionsmetoden ”open tip” blev valgt på baggrund af anbefalinger fra Regenesis, da geologien af sandlaget blev vurderet at være rimelig homogen. Der var observeret forskelle i kornstørrelse og hydraulisk ledningsevne som funktion af dybden, men ikke så store at en ”open tip” injektion blev vurderet til at være uegnet.

Det vurderes, at den primære årsag til den ujævne vertikale fordeling af substrat skyldes kombinationen af ”open tip” injektionen (med et tryk på ca. 90 bar) og den højere permeabilitet i bunden af grundvandsmagasinet. Forskelle i massefylde, viskositet og temperatur mellem substratet og grundvandet vurderes ikke at have nogen signifikant betydning for udbredelsesmønsteret af substratet. I forbindelse med injektionen blev der anvendt et initialtryk på ca. 90 bar. Ved hver injektionsdybde blev gjort et ophold indtil den korrekte mængde substrat var blevet tilført. Tiden ved injektionspunkterne varierede meget i løbet af injektionen fra få minutter til over 10 minutter. Denne forskel i tid indikerer, at al substratet ikke blot er løbet ud gennem bunden af boringen, men at den lokale permeabilitet omkring injektionspunktet har haft indflydelse. Dette indikerer igen, at en del af substratet er blevet tilført formationen ud for injektionspunktet.

Før projektet blev det overvejet at lave en injektion startende fra toppen af magasinet til bunden af magasinet, dvs. injektion mens borestængerne rammes ned. Der er imidlertid store vanskeligheder ved at anvende en perforeret injektionsspids, der tillader passage af HRC. En sådan injektionsspids vil risikere at blive tilklogget med geologisk materiale ligesom den sandsynligvis vil være for svag til at modstå det store modtryk i formationen under nedramning af borestængerne. Siden injektionen på Jægersborg Allé er der udviklet nye injektionsspidser, der tillader bedre kontrol over den vertikale udbredelse. En sådan spids er vist på figur 4.1. 

 
Figur 4.1
Specialudviklet injektionsspids til ”top til bund” injektion fra firmaet Environex i USA

Injektionsspidsen på figur 4.1 anvendes til en injektion gående fra toppen til bunden af magasinet. Princippet er, at injektionsspidsen er kompakt under nedramningen. Ud for den ønskede injektionsdybde trækkes borestængerne 10-20 cm retur, hvorved der blottes et perforeret stykke midt på injektionsspidsen (se figur 4.1). Gennem det perforerede stykke tilføres formationen HRC. Den øvre og nedre del af injektionsspidsen forhindrer HRC i at trænge hhv. op eller ned i formationen. Injektionsspidsen er desuden forsynet med en kontraventil, der sikrer at HRC ikke skyder op gennem borestængerne, når disse på- eller afmonteres.

Udfordringen ved injektionen af HRC er at få et temmelig tyktflydende substrat til at fortrænge vand i sedimentets porer. Injektion af et mere tyndtflydende substrat under lavere tryk og over længere tid vil sandsynligvis give en mere homogen fordeling.

Diskussionen af tyndtflydende kontra tyktflydende substrater er dog ikke så entydig. Fordelen ved HRC er netop at det er en tyktflydende polymer, der langsomt frigiver laktat. En injektion af et mere tyndtflydende substrat vil betyde en hurtige opløsning og transport med grundvandet, hvorved hele kulstofpuljen udvaskes for hurtigt. En løsning på dette kunne være etablering af et recirkulations system, hvor grundvandet pumpes op nedstrøms injektionspunktet og atter tilsættes i injektionspunktet sammen med yderligere substrat. En anden løsning kan være installation af et permanent system af lanser, hvor der kontinuerligt tilføres substrat i små koncentrationer.

4.2 Redox forhold, mikrobiologi og anaerob deklorering

Tilsætningen af substrat gav signifikante ændringer i grundvandskemien, særligt i den nedre del af grundvandsmagasinet, tættest på injektionen. Der var en sammenhæng mellem høje koncentrationer af substrat og et skift i redoxforholdene i mere reduceret retning. I perioden fra oktober 2001 og et par måneder frem, vurderes det, at forholdene har været gunstige for reduktiv deklorering omkring boringerne (fx M3N) i dette område. Efter denne periode aftager substratkoncentrationen, sulfatindholdet stiger og jern(II) indholdet falder. Samtidig med dette ses en begyndende metandannelse.

Figur 4.2 og 4.3 viser udviklingen af hhv. redoxkomponenter og klorerede opløsningsmidler sammen med substratudviklingen i M3N. Figurerne illustrerer på udmærket vis det sekventielle forbrug af elektronacceptorer som funktion af substrattilsætningen og den efterfølgende effekt på koncentrationen af klorerede opløsningsmidler.

Se billede i fuld størrelse
Figur 4.2
Udvikling i koncentration af redoxkomponenter og substrat i M3N indtil 12 mdr. efter injektion af HRC/Primer

Se billede i fuld størrelse
Figur 4.3
Udvikling i koncentration af klorerede opløsningsmidler og substrat i M3N indtil 12 mdr. efter injektion af HRC/Primer

Analyser af de klorerede opløsningsmidler viser imidlertid, at det ikke er lykkedes at initiere den reduktive deklorering, da der ikke ses en markant dannelse af nedbrydningsprodukter. I det følgende diskuteres mulige forklaringer på dette fænomen.

Et af de centrale punkter i stimuleret reduktiv deklorering ligger netop i ordet stimuleret. Det er vurderet på baggrund af data før injektionen, at der ikke fandt reduktiv deklorering sted før injektionen af substrat. De centrale mikroorganismer i den anaerobe deklorering, har enten ikke været tilstede eller har ikke været aktive. Der er således behov for en initiering af processerne og ikke stimulering af en i allerede igangværende proces.

Såfremt mikroorganismerne ikke er naturligt tilstede, er det måske ikke muligt at initiere processerne. Diskussionen handler om, hvorvidt de rette mikroorganismer findes overalt i grundvandsmiljøerne eller kun i visse tilfælde. Der er ikke enighed om dette spørgsmål blandt de amerikanske firmaer, som er involveret i teknikkerne omkring reduktiv deklorering. Regenesis oplyste før projektets start, at man også havde positive erfaringer med initiering af reduktiv deklorering på lokaliteter, hvor processerne øjensynligt ikke skete naturligt. Et andet firma – Geosyntec - har den opfattelse, at tilstedeværelsen af de rette mikroorganismer kan være et problem på visse lokaliteter (Cox et al., 2002). De har især oplevet det på lokaliteter, hvor processen resulterer i en ophobning af cis-DCE. Dette er er ikke tilfældet i denne sag, hvor der tilsyneladende kun i meget ringe grad, hvis overhovedet sker reduktiv deklorering. Dermed er Jægersborg Allé muligvis ikke en typisk sag, således at andre årsager til manglende reduktiv deklorering bør undersøges.

Det er muligt, at de rette mikroorganismer findes i lille antal på lokaliteten, men at de er inaktive. Det er velkendt at mikroorganismer ofte har lange lagfaser i forbindelse med omstilling af metaboliske processer. De ideelle substrat- og redoxforhold skal således være tilstede tilstrækkeligt længe førend mikroorganismerne har opformeret sig og etableret de nødvendige enzymsystemer til den nye metabolisme. På lokaliteten vurderes de rette forhold at have været tilstede i området omkring M3N i et længere stykke tid, op til et halvt år. Spørgsmålet er så, om dette er tid nok i forhold til en eventuel omstillingsfase. Der er observeret lange lagfaser (½-1 år) i litteraturen, og Regenesis taler i deres publikationer om op til 3 måneder. I denne diskussion kan det også spille en rolle, at koncentrationerne af de klorerede opløsningsmidler på Jægersborg Allé er forholdsvis lave, ikke mindst i den nedre del af grundvandsmagasinet. De amerikanske erfaringer er typisk opnået ved koncentrationer i mg/l, mens vi her taler om koncentrationer fra få µg/l til ca. 200 ug/l i M3N. Det kunne være en barriere for udvikling af de nødvendige mikroorganismer eller betyde, at der kræves længere stimuleringsperiode. Det kan dermed ikke afvises, at en fortsat stimulering kan lede til den ønskede initiering af dekloreringsprocessen.

I litteraturen er der ofte lagt vægt på vigtigheden af tilstedeværelsen af brint til den reduktive deklorering. Det er vigtigt, at der er de rette koncentrationer af brint tilstede. Er brintkoncentrationen for høj favoriseres de metanogene mikroorganismer, der omdanner kuldioxid og brint til metan. På Jægersborg Allé kunne der konstateres metandannelse 9-12 måneder efter injektionen, hvor substratindholdet var aftagende og de øvrige redoxforhold var på vej tilbage til forholdene før injektionen. Metanmålinger i flere boringer (bl.a. M3N) efter 13½ måneder viste stadig metanproduktion. En samtidig brintmåling i M3N viste en værdi (3,5 nM) indenfor det optimale niveau (2-11 nM) for anaerob deklorering foreslået af Yang og McCarty (1998). Der burde således ikke være en forhindring for processen på dette tidspunkt. Det kan dog ikke udelukkes, at brintniveauet tidligere har være uhensigtsmæssigthøjt og derved favoriseret metanproduktion efter ca. 9 måneder (februar 2002).

Det er dog sikkert, at der sker et markant skift i redoxforholdene fra jern- og sulfatreducerende mod metanproducerende forhold. Dette skift kunne hænge sammen med, at jernreduktionskapaciteten er opbrugt på dette tidspunkt. Meget tyder på, at så længe jernreduktionen pågår, vil det forhindre anaerob deklorering. Brintniveauet vil blive holdt på et meget lavt niveau (< 1nM) svarende til det, som observeres i de øvrige boringer i juni 2002 (0,1-0,6 nM). I forhold til de amerikanske erfaringer er betydningen af jernreduktionen meget større på denne lokalitet, og det kan være en medvirkende årsag til, at de optimale forhold ikke opnås i løbet af 1 år.

Den ujævne fordeling af HRC kan også være en årsag til den manglende reduktive deklorering, da det kan give anledning til uhensigtsmæssige geokemiske forhold lokalt eller potentielle toksiske effekter af laktat på mikroorganismerne. Tilsætningen af HRC har i boring O2N medført en sænkning af pH værdien fra ca. 7 til 4,2. Dette skyldes, at HRC i ren form er en svag syre. I O2N er der konstateret ren HRC. De lave pH værdier hæmmer sandsynligvis mikrobiel vækst, hvilket kan forklare, hvorfor de største redoxkemiske ændringer ikke sker i denne boring, men i boringerne nedstrøms injektionsområdet. I boring M3N, hvor de mest lovende redoxforhold er set, er pH kun ganske svagt sænket fra ca. 7 til 6,4. En sænkning af pH i denne størrelsesorden vurderes ikke at være hæmmende for nogen af de processer, der omsætter substratet. Laktatkoncentrationerne i O2N kunne have en toksisk effekt, men koncentrationerne i de øvrige boringer burde ikke give anledning til nogen hæmning af den anaerobe deklorering.

Samlet vurderes det, at der kan være flere årsager til den manglende initiering af den anaerobe deklorering på Jægersborg Allé. På det foreliggende grundlag kan der ikke peges på én årsag, men at grundvandsmagasinet grundlæggende er svagt anaerobt, og at de mikrobielle processer ikke foregår naturligt på lokaliteten, vurderes at være nøglefaktorer. De uhensigtsmæssigt høje substratkoncentrationer i visse områder kan forårsage lokale problemer, og forklare de store forskelle i de observerede ændringer i redoxforholdene, men det forklarer sandsynligvis ikke udeblivelsen af anaerob deklorering i hele grundvandsmagasinet.

4.3 Monitering

Der er tre forhold omkring moniteringen på lokaliteten under pilotprojektet, som vil blive diskuteret:

• Filtersætning.
• Prøvetagningsstrategi.
• Valg af analyseparametre.

Det blev i projektet valgt at anvende relativt lange filtersætninger (3,5 meter) i boringerne, da der ønskedes en god dækning over dybden, og det skulle være økonomisk overkommeligt. Boringstypen med lange filtre blev vurderet at være tilstrækkelig til afklaring af den kvalitative problemstilling. Lange filtre betyder, at der sker en opblanding af grundvand over dybden under vandprøvetagning, således at vurderinger af de aktuelle processer kan være vanskelig. Identifikation af mindre områder i grundvandsmagasinet, hvor derforegår reduktiv deklorering kan overses, på grund af opblanding med andre vandtyper. Der kan også lokalt forekomme ekstreme forhold, som ikke afspejles i vandprøver fra sådanne filtre. I forhold til vurdering af årsager til den udeblevne anaerobe deklorering er det en klar ulempe. Det anbefales, at der ved fremtidige projekter også inddrages boringer med kortere filtre og evt. boringer med et større antal filtre over dybden (multi level samplers).

Prøvetagningsstrategien i projektet var baseret på et ønske om en kvalitativ vurdering af HRC’s evne til at initiere reduktiv deklorering. Det førte frem til en synoptisk prøvetagning i et stort antal filtre. Da der ikke var den ønskede effekt, og spredningen af substrat var ujævn, ændredes strategien til udtagning af tidsserier i udvalgte boringer. Den synoptiske prøvetagning viste klart sin værdi, da det blev afklaret efter 6 mdr., at der tilsyneladende ikke foregik anaerob deklorering nogen steder i grundvandsmagasinet. Det ville ikke have være muligt med tidsserier i udvalgte boringer. Omvendt gav tidsserierne et nuanceret billede af udviklingen af de enkelte parametre og derfor mulighed for en diskussion af ændringer af årsager til de opnåede resultater. Det kunne være ønskeligt med tidsserier i udvalgte boringer gennem hele forløbet, men det er ikke vurderingen, at det havde ændret på fortolkningen af pilotforsøget. En mere radikal analyse af data ville have krævet tidsserier i et større antal filtre og inddragelse af en tracer i fortolkningen.

Der blev i valget af analyseparametre udarbejdet en meget omfattende analysepakke, som vurderes at give et meget godt indblik i de relevante processer. Der blev foretaget mindre justeringer undervejs, men i forhold til de ønskede mål var de valgte analyseparametre dækkende. Dog ville inddragelsen af brintmålinger i hele forløbet været en god ide. Det kunne også være hensigtsmæssigt, at arbejde med en reduceret analysepakke hvis der på et andet tidspunkt vælges en strategi, hvor tidsserier har større vægt. En sådan analysepakke skulle have vægt på at påvise ændringer, og her ville feltparametre, udvalgte redoxfølsomme parametre, brint og TOC være tilstrækkeligt. Dette kunne suppleres med målinger for PCE, TCE og cis-DCE.

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