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

GEOPROC - edb program til vurdering af geokemiske processer

5 Anvendelse belyst med eksempler

5.1 Nykøbingvej 295, Radsted

På lokaliteten Nykøbingvej 295, Radsted (Falster) er der gennemført en undersøgelse og efterfølgende monitering af naturlig nedbrydning af en benzinforurening i grundvandet for Oliebranchens Miljøpulje og Miljøstyrelsen som et led i Teknologi.udviklings.programmet for jord og grundvandsforurening.

Geologi er meget heterogen med varierende lag af sand og moræneler over skrivekridt (se Figur 19). Hydrogeologien er også transient med varierende grundvandsstand og strømningsretninger (tolket som stort set mod sydøst langs profilsnit A-A' på Figur 19 og Figur 20). Mere fuldstændige op lysninger kan findes i rapporten /16/ som kan søges på miljøstyrelsens hjemmeside – dele af resultaterne er ligeledes præsenteret ved konferencer /5/.

Figur 19. Situationsplan fra Nykøbingvej 295, Radsted med placering af filtersatte boringer, Geoprobe sonderinger og geologiske profilsnit (se Figur 20)

Figur 20. Geologisk profilsnit fra Nykøbingvej 295, Radsted (se Figur 19)

Der er i den følgende anvendelse af GEOPROC brugt vandanalyser fra en prøvetagningsrunde d. 5. april 2000, hvor det normale analyseprogram for redoxparametre var suppleret med målinger af kationer (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺ og K⁺).

Figur 21. Inddatablok fra Nykøbingvej 295, Radsted baseret på analyserunde d. 5. april 2000 (kloriddata er fiktive gættede værdier [Cl^-]=[Na⁺]).

Desværre omfattede moniteringsprogrammet ikke klorid og for at få ladningsbalancen til at stemme er det antaget at klorid indholdet svarer til natrium indholdet (mol/mol). Kloridindholdet er altså gættet for at vurdere ladningsbalance og ionstyrke, men er ellers ikke anvendt i den følgende databehandling. Rådgiveren foreslår boring D2 som repræsenterende det uforurenede baggrundsniveau for grundvandskemien og FC2 som hotspot – placeringen af de øvrige boringer fremgår af Figur 19.

Boring D2 har dog en afvigende sammensætning; bl.a. er natriumindholdet væsentligt højere end i de øvrige boringer. Det er også svært at få ladningsbalancen til at gå op uden at antage et ret højt klorid indhold, hvilket også stemmer dårligt overens med de øvrige boringer. Det fremgår også ved udførelsen af kvalitetskontrol at ladningsbalancen ikke er perfekt (Figur 22) – der mangler stadig anioner – formentlig kræves der yderligere klorid, men det er jo rent gætværk.

Figur 22. Der er udført en kvalitetskontrol på inddata med GEOPROC. Ladningsbalancen er ikke perfekt – formentlig kræves der yderligere klorid for at få det hele til at gå op (generelt for lidt anioner) – men desværre mangler der rigtige kloriddata. Grundvandet er stort set i kalkligevægt og afvigelser formodes at være usikkerhed på pH-målingen(mætningsindeks for kalkspat tæt ved 0). Det formodede Hotspot (FC2) bliver ikke fundet ved anvendelse af GEOPROCs redoks indeks (R).

Figur 23. Med funktion ”Vis Grundvandstyper ” har vi fået flg. skærmbillede. Boring H3 og D2 er oxiderede vandtyper, hvorimod G6N, G2, og FC er blandinger af både oxiderede og reducerede grundvandstyper.

Alle vandprøver er stort set i kalkligevægt (mætningsindeks for kalkspat er tæt ved 0) og de små afvigelser skyldes formentlig usikkerhed på pH-målingerne. Boring G6N vurderes af programmet som den mest reducerede og altså ikke det formodede hotspot FC2. Disse problemer skyldes formentlig opblanding i filtrene som fører til at prøverne er en blanding af på den ene side en oxideret vandtype med nitrat og på den anden side en reduceret vandtype med jern (Figur 23)

Figur 24. Programmets første forslag. Her er H3 er valgt som baggrunds vandtype og FC2 er valgt som mål for modelleringen (valg i listeboks). Den modellerede (Nedstrøm) vandtype har for lavt indhold af calcium, alkalinitet og TUC.

Med GEOPROCs modelleringsfunktion kan man vurdere de geokemiske processers fingeraftryk på grundvandet. Der er her valgt boring H3 som baggrundsniveau selvom den står nedstrøm for forureningen. Dette er gjort fordi en modellering med boring D2 som baggrundsniveau rent faktisk ikke kan beskrive sammensætningen i de forurenede boringer (FC2, G2, G6N) tilfredsstillende – bl.a. afspejles det i at prøven fra D2 har afvigende indhold af natrium (og formentlig også klorid).

Samtidigt har D2 så højt indhold af calcium og alkalinitet at det ikke er muligt af få de geokemiske processers fingeraftryk til at ende i den rent faktisk observerede grundvandskemi. Det går meget bedre H3 som har stort set samme kloridindhold og desuden er uforurenet – denne analyse peger altså på at H3 ikke står på en strømlinie som går igennem forureningsfanen.

Programmets første forslag hvor H3 er valgt som baggrunds vandtype og FC2 er valgt som mål for modelleringen (valg i listeboks) er vist i Figur 24. Den modellerede (Nedstrøm) vandtype har for lavt indhold af calcium, alkalinitet og total uorganisk kulstof (TUC), hvilket også fremgår tydeligt af GEOPROCs grafik (Figur 25 viser detaljer omkring alkalinitet).

GEOPROC anvender forskellene i indholdet af de enkelte elektronacceptorer til at gætte på de mulige redoxprocesser. Jernreduktion, sulfatreduktion og denitrifikation er alle alkalinitets producerende, men dette fører til udfældning kalkspat, fordi GEOPROC som default antager at grundvandet er i ligevægt med kalkspat (dette er i øvrigt i god overensstemmelse med de målte mætningsindeks). Den beregnede resulterende alkalinitet er derfor netto praktisk taget 0 og indholdet af calcium må nødvendigvis falde jf. Figur 24. Tilsvarende bliver indholdet af TUC også lavere (beregnet til et fald på ca. 0,3 mmol/l).

Men rent faktisk har vi målt en tilvækst i alkalinitet i forhold til baggrundsniveau på ca. 0,7 mekv/l og TUC på ca. 0,9 mol/l, samt et væsentlig mindre fald i calcium. Der mangler altså CO₂, calcium og alkalinitet og dette problem kan skyldes at vi ikke i tilstrækkelig grad tager hensyn til opløsning af CO₂ fra processer i den umættede zone. Ved at prøve med forskellige værdier for iltreduktion for at simulere opløsning af CO₂ produceret ved aerobe processer i den umættede zone koncentrationer viser et gæt på 34 mg O₂/l at være et godt bud (Figur 26) . Salttilsætning er sat til 0 mg/l for at undgå at anvende gættede værdier for klorid og som modelstof er benzen anvendt (default var acetone).

Figur 25. Grafik baseret på GEOPROCs default modelbeskrivelse med H3 som baggrunds vandtype og FC2 som modellens mål. Redoxprocesserne er alkalinitetsproducerende, men da grundvandet er i ligevægt med kalkspat udfælder kalkspat og det beregnede resultat er netto praktisk taget 0. Men rent faktisk har vi målt en tilvækst i alkalinitet i forhold til baggrundsniveau på ca. 0,7 mekv/l.

Figur 26. Manipulation. Vi har her ændret GEOPROCs default værdier for de geokemiske processer. Salttilsætning = 0 for at undgå at anvende gættede værdier for klorid og iltreduktion er sat til 34 mg O₂/l for at simulere opløsning af CO₂ produceret ved aerobe processer i den umættede zone.

Modellering med de ændrede input til geokemiske processer giver resultatet vist i Figur 27 og det ses at der nu er fin overensstemmelse mellem de tre problemparametre der blev drøftet ovenfor (calcium, alkalinitet og TUC).

Nedenfor kan man i Figur 28 se skærmbilledet fra GEOPROCs funktion mellemregning, hvor de forskellige geokemiske processers fingeraftryk på grundvandets alkalinitet og indhold af total uorganisk kulstof (TUC). Det fremgår at iltreduktion står for 2/3 af omsætningen af forureningen – altså omsætningen i den umættede zone udgør den væsentligste del af fjernelsen af forureningen.

Vi ved jo ikke om H3 er repræsentativ for baggrundsvandtypen men hvis den er så står den ikke på en strømlinie. Dermed er en anden konsekvens af disse beregninger at forureningsfanen åbenbart ikke er afgrænset nedstrøm for kilden.

Figur 27. Efter korrektion. Med de korrigerede værdier for iltreduktion på 34 mg O₂/l fås en udmærket overensstemmelse mellem model og virkelighed for alle tre problemparametre (calcium, alkalinitet og TUC).

Figur 28. Mellemregning viser detaljerne. Med det anvendte gæt for iltreduktion samt GEOPROCs defaultværdier for de øvrige redoxprocesser, ses iltreduktion at være den mest betydende proces med henblik på omsætning af forurening (11 ud af 16 mg/l).

5.2 Englandsvej 195, København

Lokaliteten er et tidligere benzindetailsalgssted med tilknyttet værksted hvor der er fundet en kraftig olie/benzinforurening med fri fase i et sekundært sandmagasin 3 – 5 m under terræn. Kortlægning og afprøvning af forskellige afværgeteknikker er blevet udført for Oliebranchens Miljøpulje herunder også et moniteringsprogram med henblik på at verificere naturlige nedbrydnings.processer.. De præsenterede data er baseret på vandprøver udtaget fra boringer filtersat i det primære kalkmagasin 7 – 8 m under terræn.

Klik her for at se Figur 29.

De anvendte inddata er vist i Figur 30 . Boring K2 og K3 er begge uforurenet og ligger hydraulisk opstrøm eller sideværts for kilden kan således begge bruges til vurdering af baggrunds vandtypen. K1 er karakteriseret som hotspot på grundlag af udbredelsen af den fri oliefase og de forureningskoncentrationer der er fundet ved K1 i det højere liggende sekundære sandmagasin.

Det ses at der også i det primære magasin er forurenet ved K1 med en række stoffer, hvorimod der kun findes MTBE ved K4 og K5. Der i K5 desuden en lokal påvirkning med salt (forhøjede klorid og natrium indhold). Grundvandet i kalkmagasinet er ekstremt hårdt og med høje indhold af sulfat – begge forhold skyldes formentlig pyritoxidation pga. dræning eller anden vandspejlssænkning.

Figur 30. Inddata fra det primære kalkmagasin. D2 og D3 er uforurenede og kan anvendes som bud på baggrundsvandtypen. K1 vurderes som hotspot både i kalkmagasinet og det sekundære sandmagasin. Der er også konstateret MTBE i K4 og K5

Figur 31 viser resultatet af kvalitetskontrollen, hvor ladningsbalancen er tilfredsstillende. Desuden fremgår det at vi bør modellere grundvandskemien under forudsætning om kalkligevægt da mætningindekset for kalkspat er tæt ved 0 i alle boringer. Overraskende er det K5 der har den mest reducerede vandtype (geokemisk hotspot) og ikke K1 (hydraulisk og forureningsmæssigt hotspot). Samtidigt har K5 også det højeste CO₂-tryk og alkalinitet.

GEOPROC udnævner den forurenede boring K4 til opstrøm (baggrunds vandtype) pga. det signifikante indhold af nitrat. Derfor får GEOPROC heller ikke helt fat i nogle brugbare opblandingsforhold. Det ville heller ikke give mening når vi ikke rigtigt ved hvilken boring vi skal udnævne til at stå i det mest forurenede sted af fanen.

Figur 31. Kvalitetskontrol af vandprøver fra det primære kalkmagasin. Der er stort set tilfredsstilende ladningsbalance og det ses også at vandet som forventet er i kalkligevægt. Derimod lykkedes det ikke helt for GEOPROC at indfri vores forventninger til hvilke boringer der repræsenterer baggrundskemien (mest oxiderede) og hvilke der repræsenterer det mest forurenede (reducerede) grundvand

Imidlertid er der på dette grundlag er der udført en simulering af vandtypen i K5 med udgangspunkt i K2 som baggrunds vandtype. GEOPROCs default modelbeskrivelse giver også i dette tilfælde problemer med at beskrive det fulde udsving i alkaliniteten (se Figur 32). En del af dette problem skyldes altså at der forbruges alkalinitet i forbindelse med udfældning af kalk.

Figur 32. Det geokemiske fingeraftryk. Alkalinitets bidragene fra redoxprocesser og kalkudfældning giver en for lille ændring af alkaliniteten når GEOPROC anvender redoxprocesser baseret på de målte ændringer i indholdet af elektronacceptorer.

I Figur 33 er der så vist et forslag til at kompensere for den manglende alkalinitet og TUC. Igen gættes der på at processer i den umættede zone er den bagved.liggende årsag til uoverensstemmelsen (benzen er modelstof og ionbytning = 0).

Figur 33. De geokemiske processer korrigeres for aerob omsætning i umættet zone, med benzen som modelstof og ionbytning = 0

Figur 34. Modelresultat

På Figur 34 ses så simuleringen med det valgte gæt på iltreduktion og det ses at der er god overensstemmelse for både indholdet af calcium, alkalinitet og TUC. Når man postulerer at der er aerob omsætning i den umættede zone forøges netop disse tre parametre.

Konsekvensen for massebalancen mht. omsat forurening er at den aerobe omsætning udgør ca. 2/3 af den totalt omsatte forurening bedømt ud fra ændringerne i grundvandskemien. Dette er jo et konservativt estimat fordi den producerede CO₂ også kan undvige til atmosfæren. Samtidigt er det næppe muligt at beskrive de påviste ændringer af grundvandskemien uden at involvere de omtalte processer i den umættede zone – ellers passer fingeraftrykkene nemlig ikke.

Figur 35. Detaljer fra mellemregning med gæt. De anvendte gæt på den aerobe omsætning i umættet zone har radikal betydning for den relative betydning af de forskellige redoxprocesser – aerob omsætning er nu langt den mest betydningsfulde.

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

Version 1.0 November 2003, © Miljøstyrelsen.