Miljøprojekt 898, Teknologiudviklingsprogrammet for jord- og grundvandsforurening – Vakuumventilering - erfaring med monitering og optimering af drift

Vakuumventilering - erfaring med monitering og optimering af drift

Sammenfatning og konklusioner

Sammenfatning

Teknologiudviklingsprojektet

Miljøstyrelsen har givet tilskud til, at Ringkjøbing Amt har kunnet gennemføre et Teknologiudviklingsprojekt med det formål at dokumentere effekten af oprensningsmetoden vakuumventilation og opnå viden om metodens geologiske og miljøkemiske begrænsninger under danske forhold. Dette skal senere kunne danne grundlag for udarbejdelse af protokoller for undersøgelse, etablering, drift, optimering og efterkontrol af vakuumventilation.

Projektet er gennemført på affaldsdepot 663-15, beliggende i Ikast. Lokaliteten er kraftigt forurenet med tetraklorethylen stammende fra et tidligere renseri. Grundvandsspejlet for det øvre sekundære magasin er beliggende i ca. 17 m dybde. Geologien varierer stærkt på grunden, men består overvejende af sand med indskudte lerlag af varierende tykkelse. Desuden er der på hovedparten af grunden et terrænnært lerlag af op til 6,5 meters tykkelse.

Teknologiudviklingsprojektet indgår som en del af en in situ oprensning på grunden. In situ oprensningen består i vakumventilation fra op til 6 ventilationsboringer med 1-2 filtre i hver boring. Vakuumventilationen har foregået over 3 år fordelt på 7 driftsscenarier, adskilt af en pause mellem hver. Hvert scenarie har udover oprensningseffekten haft til formål at belyse et bestemt aspekt ved vakuumventilation. Som led i oprensningen afværgepumpes tillige grundvand med en gennemsnitsydelse på 4 m³/t. Moniteringen består dels i løbende, automatiske GC-må-linger fra ventilationsboringerne, dels i manuel prøvetagning af poreluft og grundvand fra en række moniteringsboringer. Den manuelle prøvetagning af poreluft har fundet sted før og efter hvert driftsscenarie, således at effekten af hvert scenarie kan vurderes. Til slut i projektperioden er der efter en længere driftspause udtaget jordprøver omkring en ventilationsboring i forureningens kildeområde med det formål at vurdere ligevægten mellem forureningsindholdet i jord og poreluft.

Anvendelse af strømningsmodel og on-line målesystem

En luftstrømningsmodel opbygget i programmet Modair har været anvendt til at opnå en konceptuel forståelse for luftstrømningen i jorden, herunder bidrage til placering af ventilationsboringerne og tolkning af de første scenarier. Grundvandsspejlets fluktuationer som følge af afværgepumpningen gør imidlertid modellen uegnet til simulering af de relle trykforhold under de enkelte scenarier. Dette udelukker dog ikke, at luftstrømningsmodeller kan finde anvendelse på andre lokaliteter og her give en præcis viden om luftstrømningsforholdene, således at boringsplacering og pumpeydelse kan designes optimalt i forhold til oprensningsmålet. Men resultaterne af nærværende projekt viser, at opstilling og validering af en luftstrømningsmodel kræver store mængder eksakte måledata, og i tilfælde af mangelfulde eller svingende måledata kan mere simple håndberegninger og kvalitative vurderinger derfor være mere velegnet end modelberegninger.

GC-systemet til on-line overvågning af forureningstilstanden ser ud til at kunne anvendes til at følge koncentrationsudviklingen i boringer enkeltvis, bortset fra måleproblemer ved store koncentrationsændringer, som medfører skift i fortyndingsgrad. Derimod er der større usikkerheder ved sammenligning af boringerne indbyrdes og ved bestemmelse af absolutte koncentrationer. En eventuel fremtidig anvendelse af on-line målesystemer bør baseres på en målemetode, som er knap så følsom som en GC med ECD-detektor.

Udviklingen i forureningskoncentrationer

Forureningen i poreluften falder kraftigt i løbet af den første måned, herefter er påvirkningen mindre. I den efterfølgende pauseperiode stiger koncentrationen igen, uden dog at nå op på udgangskoncentrationen. Tilbageslaget fortsætter tilsyneladende i lang tid, selv efter mere end et halvt års pause konstateres fortsat nærmest lineær stigning i koncentrationerne, især i forureningens kildeområde. Dette bekræftes af målinger udført 15 måneder efter afslutningen af oprensningen. Her er gennemsnitskoncentrationen i forhold til startkoncentrationen på 15% i kildeområdet og 9% uden for kildeområdet.

Forsøgene med pumpning fra henholdsvis et og flere filtre har vist, at man blot ved pumpning fra et filter med forholdsvis beskeden ydelse kan opnå en oprensningseffekt i et meget stort område. Men lokale indskudte lerlag i det sandlag, der pumpes fra, bevirker, at der er lommer, der ikke påvirkes ved pumpning fra et filter alene, hvorfor det er nødvendigt med flere filtre. Ydelsen betyder derimod mindre for oprensningseffekten, idet eksempelvis en fordobling af ydelsen ikke førte til en væsentlig bedre oprensningseffekt. Derfor er det ved projektering af vakuumventilationsanlæg vigtigt at kende udbredelsen af lerlag på hele oprensningsarealet, idet en ventilationstest kun angiver påvirkningsradius i de få boringer, hvor der måles under testen.

Endvidere sås den største effekt ved pumpning fra de dybe filtre, da luften trækkes ned fra terræn, og derved opnås både påvirkning af terrænnære og dybe lag. Dette gælder dog i mindre grad i de områder, hvor der er et terrænært lerlag, men selv her ses en påvirkning under gulv i en bygning på området. Påvirkningen sker sandsynligvis igennem sprækker i lerlaget, idet der efter endt oprensning fortsat er en stigning i poreluftkoncentrationer i de terrænnære filtre i kildeområdet, samt høje PID-udslag for jordprøver udtaget i det terrænnære lerlag. Dette indikerer, at der stadig er betydelig restforurening i lerlaget og dermed en begrænset oprensningseffekt i dette lag.

I de dybe filtre lige over grundvandsspejlet ses også et betydeligt tilbageslag efter endt oprensning, om end det sker langsommere end i de terrænnære filtre i kildeområdet. Dette tilbageslag antages at skyldes ligevægt med grundvandsforureningen, hvilket tildels underbygges af ligevægtsberegninger mellem grundvand og poreluft. Ligevægtsberegningerne stemmer overens ved omkring halvdelen af målingene. Resultaterne kan tolkes på den måde, at ligevægten mellem grundvandsforurening og poreluft er flere år om at indstille sig. Derimod er der god overensstemmelse mellem en række terrænnære jordprøver udtaget efter endt oprensning og poreluftskoncentrationen i et filter i samme område, hvilket kan skyldes, at her drejer det sig udelukkende om en desorptionsproces, og ikke tillige en diffusionsproces, som tilfældet er over grundvandsspejlet.

Når grundvandsforureningen som her indvirker på tilbageslaget i poreluften, bliver en reduktion af grundvandsforureningen en betingelse for, at der kan opnås en blivende effekt af vakuumventilation. I nærværende tilfælde har afværgepumpningen reduceret grundvandsforureningen til 10% af startniveauet. Denne afværgepumpning vil sandsynligvis skulle fortsætte over en længere årrække, for at koncentrationen i grundvandet, og dermed også poreluften, ikke skal stige igen.

Med hensyn til forureningen under gulv har vakuumventileringen reduceret koncentrationen i under-gulv-boringen fra 52 mg/m³ til under 0,2 mg/m³. Der er ikke observeret tilbageslag i under gulv boringen 9 måneder efter stop af vakuumventilering, men efter 15 måneder er der målt 9,2 mg/m³. Vakuumventilationen ser således ud til at have reduceret, men ikke helt elimineret indeklimaproblemet på grunden.

Forudsigelse af forureningsfjernelse

En empirisk model, som er opstillet på baggrund af de målte koncentrationsudviklinger i de udførte scenarier, har vist sig at kunne bruges til at forudsige forureningsfjernelsen ved de enkelte scenarier, i hvert fald til en vis grad. Modellen er bygget op omkring en eksponentiel funktion, som kalibreres så den passer til de empiriske kurveforløb. Modellen passer dog ikke lige godt på alle kurveforløbene, medmindre den rekalibreres med startkoncentrationen for hver enkelt kurve. Men herved går en del af idéen med modellen tabt, da modellen ideelt set skal kunne bruges til at forudsige et oprensningsforløb ud fra en ventilationstest alene. Behovet for rekalibrering hænger sammen med, at pauserne mellem de enkelte driftsscenarier har været for kort til, at der kunne nå at indstille sig en ligevægt mellem poreluft, jord og grundvand.

Modellen til forureningsforudsigelse er ikke tilpasset de faktiske, ikke-stationære forhold under oprensningen, hvilket eventuelt kunne gøres ved afprøvning af modellen på andre lokaliteter, så modellen samtidig blev mere generelt anvendelig.

Økonomisk optimering af oprensning

Der i bilag O vist, hvorledes den empiriske model til forudsigelse af forureningsfjernelsen vil kunne udbygges til en model for økonomisk optimering af oprensningen, som beregner forureningsfjernelse, tidsforbrug og driftsudgifter ved gennemførelse af et eller flere på hinanden følgende driftsscenarier. Modellen skal betragtes som en prototype, da dens resultater i høj grad hviler på forudsigelsen af forureningsfjernelsen, der jo stadig har nogle mangler. Men modellen illustrerer, hvorledes de samlede driftsomkostninger afhænger af driftsopstilling (hvor meget der pumpes fra hvert filter) og længden af pause- og driftsperioderne.

Konklusion

Forundersøgelser og valg af afværgeteknik

I forhold til valg og dimensionering af vakuumventilation som oprensningsmetode har projektet vist følgende:

Kortlægning af lerlag indenfor oprensningsarealet er vigtig for at kunne placere ventilationsboringerne optimalt.
Gennemførelse af en længerevarende ventilationstest kan give information om, hvordan sænknings- og stigningskurverne for forureningskoncentrationen i poreluften forløber. Denne information kan bruges til planlægning af pumpestrategi og til en vis grad til forudsigelse af oprensningsforløbet.
En luftstrømningsmodel kan bidrage til optimering af boringsplacering og pumpeydelser, men den er krævende at opstille og validere, og det bør derfor overvejes, om den i den enkelte sag kan erstattes af håndberegninger og kvalitative vurderinger.
Værktøjerne til beregning af ligevægt mellem jord, grundvand og poreluft ville med fordel kunne verificeres nærmere, så de kan danne grundlag for en realistisk vurdering af mængden af forurening og hvordan den fordeler sig. Dette har betydning for valg af oprensningsstrategi.

Etablering, drift og optimering

Med hensyn til etablering, drift og optimering har projektet vist følgende:

Effektiviteten af vakuumventilation i sandjord er hæmmet af desorption af forureningsstoffet fra indlejrede lerlag, som kun i ringe grad påvirkes af oprensningen, og desorption og diffusion af forurening fra grundvandet samt eventuel fri fase forurening. Disse faktorer bevirker, at oprensningen tager betydeligt længere tid end man skulle forvente ud fra koncentrationerne i poreluften alene, og at det ofte vil være en økonomisk fordel at køre med korte driftsperioder efterfulgt af lange pauseperioder. Alternativt vil det i mange tilfælde være fordelagtigt at vælge et mobilt anlæg, der kan skiftes rundt mellem forskellige lokaliteter.
Indeklimaet ser umiddelbart ikke ud til at være påvirket af afdampningen fra grundvandet, idet der efter 9 måneders pause i vakuumventileringen ikke kan påvises noget tilbageslag i under-gulv-boringen. Imidlertid observeres der efter 15 måneders pause et tilbageslag på ca. 18% af startkoncentrationen. Dette begrænsede tilbagslag kan dog ligesåvel skyldes restforureningen i den umættede zone. På andre lokaliteter, hvor der ikke er adskillende lerlag mellem grundvand og terræn, eller hvor grundvandsspejlet er terrænnært, antages afdampning fra grundvandet i visse tilfælde at kunne påvirke indeklimaet.

Afslutning af oprensning

Hvad angår efterkontrol, dvs. målinger efter endt oprensning til verificering af oprensningsniveauet, peger projektet på følgende:

Det er nødvendigt med mindst 1-2 års pause, før man ud fra poreluftsmålinger kan sige noget endeligt om restforureningen i jorden. Som alternativ hertil vil ligevægtsberegninger i forhold til forureningen i grundvandet og i eventuelle lerlag kunne give en indikation af, om forureningen i poreluften kan antages at være stabiliseret på et givet måletidspunkt.