Reaktive vægge og filtre med jernspåner - en sammenfatning
3 Teknologien
I praksis har processen været udnyttet ved etablering af reaktive vægge i grundvandszonen ved flere lokaliteter. Teknologien har især været benyttet i USA, hvor der pt. er etableret cirka 40 reaktive vægge med jernspåner (omfattende både fuldskala- og pilot skalaanlæg). Det er firmaet Envirometal Technologies i Canada, der har patenteret teknologien, og som medvirker i de fleste feltprojekter. Envirometal Technologies kan studeres på internettet på addressen www.eti.ca. Der er også ved at komme gang i teknologien i Europa, hvor der pt. findes flere anlæg i Nordirland, Tyskland, og Østrig og der er flere undervejs. Permeable Reactive Barrier Action Team under det amerikanske Remediation Technology Development Forum (RTDF) vedligeholder på internettet en database som beskriver en lang række af de eksisterende reaktive jernvægge. Databasen beskriver også reaktive vægge med andre materialer end jernspåner, bl.a. baseret på biologiske processer i kompostvægge, sorberende materialer, mm. Databasen kan ses på addressen:
http://www.rtdf.org/public/permbarr/prbsumms/default.cfm
Der benyttes især to typer reaktive vægge: den kontinuerte væg, samt "funnel-and-gate" systemet. De to typer er illustreret på figur 2. Herudover benyttes processen i on-site jernspånefiltre til rensning af oppumpet grundvand.
Processen benyttes oftest i filtre eller vægge, hvor man opnår en én-dimensional strømning gennem jernmaterialet. Under denne forudsætning kan udløbskoncentrationen fra væggen/filtret udregnes af nedenstående ligning:
hvor
Ci er indløbskoncentrationen (mg/m3)
Cu er udløbskoncentrationen (mg/m3)
T½ er stoffets halveringstid i filtret/reaktive væg (timer)
k1 er reaktionshastigheden (timer-1)
V er volumenet af filtret/reaktive væg (m3)
Q er vandfluxen gennem filtret/reaktive væg (m3/time)
ε er porøsiteten i filtret/reaktive væg (ubenævnt)
L er tykkelsen af jernvæggen (på tværs af strømningsretningen) (m)
vp er porehastigheden gennem filtret/reaktive væg (m/time)
Ved dimensionering kan det blive nødvendigt at tage hensyn til flere stoffer, samt til eventuelt dannede nedbrydningsprodukter, som i visse tilfælde kan blive dimensionerende grundet deres relativt højere halveringstider.
3.1 Den kontinuerte væg
Denne teknologi beror på etablering af en væg, som placeres (oftest) vinkelret på strømningsretningen, således at hele forureningsfanen strømmer gennem væggen. I dette tilfælde er det meget vigtigt, at den hydrauliske ledningsevne af den reaktive væg er noget større end ledningsevnen af akvifermaterialet. Er dette ikke tilfældet vil en del af vandet løbe udenom væggen, hvilket vil reducere væggens effektivitet betydeligt. Den hydrauliske ledningsevne af væggen kan eventuelt styres ved iblanding af sand/grus i jernspånerne. Denne metode kan også benyttes til at spare på jernmængden i områder af fanen, hvor koncentrationerne er lave. Alternativt kan væggen laves med variabel tykkelse, men dette er rent entreprenørmæssigt en vanskelig opgave.
Figur 2. Skitse af funnel-and-gate system (øverst) og den kontinuerte væg (nederst).
3.2 Funnel-and-gate
Som alternativ til den kontinuerte væg har været benyttet funnel-and-gate systemer, hvor vandets strømning styres ved etablering af ikke-permeable vægge (funnels) i kombination med reaktive vægge (gates), hvis bredde (på tværs af strømningsretningen) oftest vil være betydelig mindre end ved den kontinuerte væg (se figur 2). Herved ledes forureningsfanen via "funnel" gennem væggen, idet der opnås en vis opblanding af fanen. De ikke-permeable vægge kan være spunsvægge eller "gardiner" af bentonit eller plastic (oftest HDPE). Funnel-and-gates beror på at de ikke-permeable vægge er tætte, samt at væggen er etableret over hele akviferens tykkelse og et stykke ned i en underliggende lerhorisont. Er dette ikke tilfældet falder systemets virkningsgrad ganske betydeligt, idet væsentlige vandmængder ikke passerer gennem væggen ("shortcutting"). Det faktum at væggen skal gennemskære hele akviferens tykkelse, gør at systemet kan blive meget bekosteligt og svært rent praktisk at etablere for akvifertykkelser over 15-20 meter. I de situationer er en kontinuert væg klart at foretrække, da denne kun skal etableres hvor forureningsfanen forventes at være. Det skal dog nævnes, at på grund af DNAPLs højere densitet end vand, ses det ofte at DNAPL har transporteret sig dybt ned i akviferen, hvilket gør at fanens centrale dele kan ligge tæt på akviferens bund. Indenfor de seneste år har der i USA været en tendens mod især at benytte kontinuerte vægge, da strømningsmønstret er mere enkel, men er da mere følsom for en eventuelt forringelse af jernmaterialets hydrauliske ledningsevne over tiden.
3.3 On-site jernspånefilter
Ved "pump-and-treat" anlæg benyttes ofte aktiv kulfiltre til behandling af det oppumpede grundvand. Herved opnås alene en opkoncentrering af forureningen på kullet, som derefter må bortskaffes eller regenereres. De aktive kul beror på en sorption af de klorerede stoffer, og har derfor en begrænset kapacitet. Kullene må derfor udskiftes med jævne mellemrum, hvilket kan være en væsentlig andel af driftsudgifterne. Som alternativ kan benyttes et jernspånefilter, hvor de klorerede stoffer nedbrydes. Fordelen er at der i dette tilfælde ikke dannes et affaldsprodukt til bortskaffelse. Ulempen er at jernspånefiltret fylder betydelig mere (flere kubikmetre) end et kulfilteranlæg (få hundrede liter). Det er meget dyrere i anlæg end et aktivt kulfilter, men da afværgepumpning for DNAPL-forureninger ofte er en yderst langvarig løsning, kan et jernspånefilter måske alligevel vise sig økonomisk attraktivt. Der er kun rapporteret få eksempler på jernspånefiltre i literaturen /12/,/13/.
3.4 Reaktive vægge kombineret med andre afværgeteknologier
I flere tilfælde har beregninger vist, at afværgeløsninger alene baseret på reaktive vægge kan blive bekostelige på grund af meget store jernmængder. Teknologien kan dog kombineres med flere andre afværgeteknologier. En egentlig kildefjernelse (hvis kildens placering er blevet tilstrækkeligt afgrænset) enten ved hjælp af dampstripning eller anden aggressiv metode, kan betyde lavere koncentrationer med deraf lavere jernmængder til følge. Reaktive vægge kan også kombineres med hydrauliske kontrolforanstaltninger med henblik på at reducere grundvandets strømningshastighed, hvilket – jævnfør den ovennævnte dimensioneringsformel – også vil reducere den nødvendige jernmængde.
For afværgeløsninger hvor reaktive vægge benyttes til fjernelse af klorerede stoffer kan det være bekosteligt at reducere nedbrydningsprodukters (som DCE eller VC) koncentration ned til grænseværdien. Dette skyldes nedbrydningsprodukternes højere halveringstid. I den anoxiske fane nedstrøms en reaktiv jernvæg kan der dog opstå gode betingelser for, at en naturlig nedbrydning af de dannede nedbrydningsprodukter kan forløbe. Kan der accepteres forhøjede koncentrationer af nedbrydningsprodukter i en vis afstand nedstrøms jernvæggen, kan en kombineret løsning jernvæg/naturlig nedbrydning vise sig attraktiv.
Version 1.0 April 2004, © Miljøstyrelsen.