|
Afprøvning af jernspånefilter til rensning af grundvand forurenet med klorerede opløsningsmidler 5 Driftsperiode 2
5.1 Flow og trykopbygning i filtreneDer blev i skitseprojektet planlagt en afprøvning af anlægget i 2 driftsperioder /14/:
Ved etablering af anlægget i november 1999, blev det besluttet at lede den samlede oppumpede vandmængde gennem jernspåneanlægget for at undgå problemer med frost i rørene, da der var hård frost og varmeapparatet ikke virkede. Efter den første analyserunde blev det vedtaget at fortsætte med det høje flow i driftperiode 1. I driftperiode 2 skete der derfor afprøvning af den driftssituation, hvor der bliver ledt en delstrøm gennem jernspåneananlægget. I driftsperiode 2 blev det tilstræbt at lede en delstrøm på omkring 100 l/time gennem anlægget. Da halveringstiden for PCE i anlægget i driftperiode 1 var langt højere end forudsat, blev det besluttet, at det behandlede vand fra jernspåneanlægget fortsat skulle ledes til kulfilteranlægget i driftsperiode 2, for at sikre at der ikke blev udledt vand med for højt indhold af PCE. På figur 5.1 er flowet gennem jernspåneanlægget i driftsperiode 2 vist og på figur 5.2 ses det samlede tryktab over anlægget i samme periode. I perioden 23. november 2000 til 14. maj 2001 blev registreret et flow, som på grund af trykopbygninger på især det første filter, var faldende fra godt 100 l/t til 30 l/t (gennemsnitligt flow på 58 l/t), på trods af hyppig regulering af flow'et. Omkring 15. maj 2001 var tryktabet på filter 1 alene på omkring 7 m vandsøjle. Det samlede tryktab over resten af anlægget var på omkring 3 m vandsøjle. Da det belastede pumperne i afværgeboringerne unødigt, blev det besluttet at by-passe filter 1. I løbet af de sidste 3 måneder i driftsperiode 2 (drift med 4 filtre) steg tryktabet over anlægget igen til samme niveau som før filter 1 blev by-passed. Det var igen det forreste filter (nu filter 2), der blev opbygget tryk over. I denne del af perioden var der et gennemsnitligt flow på 56 l/t. Af hensyn til pumperne og driften af kulfilteranlægget blev det i august besluttet at nedsætte flowet til få liter i timen indtil november 2001, hvor anlægget blev demonteret. Sammenholdes trykopbygningen over anlægget i driftsperiode 1 (afsnit 4.1) med driftsperiode 2 ses meget sammenlignelige forløb, med en voldsom trykstigning over det forreste filter. Skorpedannelsen i det første filter vurderes at være betinget af vandets iltindhold (ca. 1,5 mg/l) og eventuelt også nitratindholdet (53 mg/l). Dette omtales nærmere i afsnit 6.3.5.
Figur 5.1 Registreret flow gennem jernspåneanlægget i driftsperiode 2
Figur 5.2 Samlet tryktab over jernspåneanlægget i driftsperiode 2 5.2 Fjernelsesrater for PCEI tabel 5.1 er gengivet analyseresultater fra 5. december 2000, 10. januar 2001 og 26. juni 2001. Der sås nedbrydning af PCE i samtlige filtre. Ved nedbrydningen dannedes triklorethylen, diklorethylener og vinylklorid, der også blev nedbrudt. De højeste triklorethylen koncentrationer sås efter første filter (TP2). Der var endvidere en tendens til at de videre nedbrydningsprodukter (diklorethylener og vinylklorid) toppede koncentrationsmæssigt efter andet filter (TP3).
Tabel 5.1 Nedbrydning af PCE gennem anlægget I tabel 5.2 er halveringstiden, T½, for PCE beregnet for jernspåneanlægget. Der er i beregningerne forudsat et porevolumen i jernspånefilteret på 40 %. Der ses en stigning i halveringstiden, T½, fra godt 3 timer til omkring 10 timer i løbet af driftsperiode 2. Det kan ikke afvises at halveringstiden ville have steget yderligere, hvis driften ikke var blevet afbrudt. I driftsperiode 1 sås en stabil halveringstid på omkring 10 timer, efter omkring 1 måneds drift. Det bemærkes, at der var store problemer med analysen af vandprøverne fra den 25. april 2001, hvorfor resultaterne af denne analyse ikke er medtaget i tabel 5.1 og 5.2. Denne analysefejl kom på et meget uheldigt tidspunkt, da netop disse prøver blev udtaget den sidste driftsdag med alle 5 filtre i drift, hvorfor analysen ikke kunne omgøres. Analyserapporterne ses i bilag E.
Tabel 5.2 Halveringstider for PCE i jernspåneanlægget Efter sidste filter var der fortsat nedbrydningsprodukter i vandet, men i koncentrationer under 10 ìg/l. Som eksempel på dette er i figur 5.3 vist et nedbrydningsforløb for 5. december 2000. Da der hverken blev påvist vinylklorid eller trans-1,2-diklorethylen i vandprøverne fra 5. december 2000 er disse stoffer af hensyn til overskueligheden ikke medtaget på figur 5.3. På figur 5.4 ses nedbrydningsforløbet for summen af klorerede alifater i jernspåneanlægget i december 2000 og januar 2001. Der sker nedbrydning af klorerede alifater i alle filtre, men nedbrydningen er størst i filter nr. 2 begge måledage. Bemærk at Y-aksen er logaritmisk på figurerne 5.3 og 5.4.
Figur 5.3 Dannelse af nedbrydningsprodukter, 5. december 2000
Figur 5.4 Sum af klorerede alifater Den 16. august 2001 blev der analyseret en luftprøve fra gasudladeren på filter nr. 3. Prøven indeholdt 13,8 ppm (93,6 mg/m³) PCE og 0,6 (3,2 mg/m³) ppm triklorethylen. Gasudledningen var på måletidspunktet lav, omkring 0,3 l/døgn. I denne periode blev der således udledt omkring 0,028 mg PCE og 0,00096 mg triklorethylen pr. døgn via luftafkastet. I perioden med den højeste gasproduktion blev der udledt 80 l gas/døgn. Der blev ikke foretaget analyser af gassen i den periode, men da indholdet af klorerede alifater i gassen forventes at være i ligevægt med vandfasen antages koncentrationerne i gassen ikke at variere voldsomt. I denne periode er udledningen af tetra- og triklorethylen via gasudladerne beregnet til henholdsvis 7,5 mg/døgn og 0,026 mg/døgn. Koncentrationen af PCE i råvandet har varieret en del i driftsperioden, men har gennemsnitligt ligget omkring 1.700 ìg/l. Med et flow gennem anlægget på omkring 100 l/time tilførtes anlægget godt 4 g PCE pr. døgn. Det er således kun en ubetydelig del af de klorerede alifater, der blev afgivet via gasudladerne. 5.3 Uorganiske parametre5.3.1 GasproduktionSom beskrevet i afsnit 3.3.1 var der forventet en maksimal brintproduktion i det samlede anlæg på 17,5 g/døgn, fordelt med 3,5 g/filter/døgn. Med et flow på omkring 100 l/time og en opløseligehed af brint i vand på 1,7 mg/l (10-15 °C) kunne der opløses omkring 4,08 g brint/døgn i vandet, hvilket svarerde til lidt mere end den maksimale produktion i det første filter. På baggrund af dette forventedes det, at der kunne måles udledning af gas fra de sidste (1-4) filtre i rækken. På figur 5.5 er vist udledning af gas fra de 5 filtre i driftsperiode 2. Det viste sig, at det ikke som forventet og som set i driftsfase 1, var de sidste filtre, der afgav gas, men filter nr. 2 og i en vis grad filter nr. 3. Der viste sig endvidere at være opstartsfase helt uden udledning af gas, hvilket kunne minde om lack-fasen fra en mikrobiologisk proces. Dette var overraskende, da der var forventet kemisk brintdannelse. I et projekt under miljøstøtteordningen LIFE /19/ blev der, ved monitering af vandkvaliteten opstrøms, i og nedstrøms en reaktiv væg baseret på jernspåner, registreret en metandannelse i vægen efter en lack-fase på omkring 3 måneder. Det blev på denne baggrund vedtaget, at der skulle udføres analyser af gassen fra jernspåneanlægget. Der blev udtaget gasprøver til analyse for uorganiske parametre 3 gange i driftsfase 2 fra filter 3. Resultaterne ses i bilag G og tabel 5.3.
Figur 5.5 Gasudledning i driftsfase 2
Tabel 5.3 Analyser af gas fra filter 3 Som det ses af tabel 56.3 blev der ved de uorganiske analyser kun gjort rede for få procent af indholdet i gassen fra filter 3. Brintindholdet lå i de 3 analyser på 0,1-1 % og methanindholdet på 1-3 %. Der kunne ikke påvises svovlbrinte eller kuldioxid. Det er muligt at gassens hovedindhold var nitrogen og/eller NOX'er som et resultat af nitratreduktion, men dette blev ikke eftervist ved analyser, se afsnit 6.3.5. 5.3.2 pHVed den anaerobe jernkorrosion dannedes der, som beskrevet i afsnit 3.1, OH--ioner, som medførte pH-stigninger gennem anlægget. Jo højere flow'et var, jo mere vil de dannede ioner blive fortyndet. Den højeste pH-stigning vurderedes at ville ske ved lavt flow. På figur 5.6 ses pH forløbet gennem jernspåneanlægget i driftsfase 2. De to sidste målinger, 21. maj 2001 og 26. juni 2001 blev foretaget efter at filter nr. 1 var by-passed. Bortset fra den sidste måling (26. juni 2001), hvor der blev registreret et flow gennem anlægget på 19 l/time, var flowet ved de øvrige måledatoer 80-110 l/time. pH i vandet steg fra 7-7,4 til 9,1-9,9 ved passage af jernspåneanlægget, med den største del af stigningen i de første 2 filtre. pH forløbene den 11. august 2000 og 25 april 2001 afviger fra de øvrige, ved at pH-stigningen ikke er så stor i de første filtre. Der kan ikke umiddelbart gives andre forklaringer på dette end usikkerhed i analyse.
Figur 5.6 pH gennem jernspåneanlægget Det lave flow ved målingen den 26.06.01 gav ikke anledning til større pH-stigning end der sås ved de øvrige måledatoer. Dette kan hænge sammen med at jernspånerne med tiden blev mindre reaktive. Gasproduktionen var på dette tidspunkt også aftagende. 5.3.3 JernPå figur 5.7 er vist to eksempler på udviklingen i jernindhold i vandet gennem anlægget, henholdsvis ved drift med 5 (10. januar 2001) og 4 filtre (26. juni 2001). Det ses at jernindholdet steg under passage af det første filter fra 0,2-0,3 mg/l til omkring 2 mg/l. hvorefter det falder igen til omkring 0,1 mg/l. pH steg i driftsfase 2 til henholdsvis 9,0 og 8,5 gennem det første filter på de to måledatoer. Der blev konstateret større stigninger i jernindholdet i driftsfase 1. Det vurderes at årsagen til denne forskel er begrundet i at flowet ved målingen i driftsfase 1 var højere og pH-stigningen derfor mindre, end ved målingerne i driftsfase 2, hvorfor det opløste jern (driftsfase 1) ikke fældede ud.
Figur 5.7 Koncentration af jern i vandet gennem jernspåneanlægget Da det ikke var muligt at få en anvendelig måling af brintproduktionen, vurderes det ikke at være muligt at give noget kvalificeret bud på den samlede omsætningen af jern i anlægget i driftsfase 2. 5.3.4 KalkPå figur 5.8 og 5.9 er vist calcium- og bikarbonatkoncentrationerne gennem jernspåneanlægget i driftsfase 2.
Figur 5.8 Calciumkoncentrationer- driftsfase 2
Figur 5.9 Bikarbonatkoncentrationer- driftsfase 2 Såfremt alt udfældet calcium blev fældet som calciumkarbonat, repræsenterer dette omkring 60 % af den fjernede bikarbonat. De resterende 40 % af bikarbonaten kan være fældet ud med jern. I den første del af driftsfase 2 skete stort set hele udfældningen af kalk i filter nr. 1, som vist i analysen fra 10.01.01. Efter en vis driftstid fordelte udfældningerne sig ligeligt over de 2 første filtre (25.04.01) og efter midt i maj, hvor filter nr. 1 blev by-passed, skete hovedparten af kalkudfældningen i filter nr. 2. Af tabel 5.4 fremgår det at anlægget har modtaget omkring 51 kg Ca med vandet og heraf er der udfældet 44 kg.
Tabel 5.4 Calciumbalance – driftsfase 2 Under forudsætning af at udfældning af calcium skete som aragonit (massefylde 3,94 kg/l) blev der afsat omkring 16 l aragonit i filter nr. 1 og 10 l aragonit i filter nr. 2. Dette svarerde til henholdsvis 4 % og 2,5 % af det samlede porevolumen i de to filtre. Da kalkudfældningen var pH-afhængig og pH-stigningen vurderes at være slet gradvist gennem filtrene, forventedes kalkudfældningerne ikke at kunne ske som en skorpe øverst i de enkelte filtre. Det vurderes på den baggrund ikke at være kalkudfældningerne, der har betinget trykopbygning i filtrene. 5.3.5 Øvrige uorganiske parametrePå figur 5.10 er vist sulfatreduktionen gennem jernspåneanlægget.
Figur 5.10 Sulfatreduktion gennem jernspåneanlægget Bortset fra resultaterne fra den 25. april 2001, hvor der blev registreret en væsentlig sulfatfjernelse i især filter 5, sås der ikke nogen betydende sulfatreduktion i anlægget. Desværre var der problemer med analyserne netop fra den 25.04.01, så disse resultater vurderes ikke at skulle tillægges for meget vægt. Der blev den 26. juni 2001 udtaget vandprøver til analyse for metan. Der kunne ikke påvises metan i råvandet (Taphane 2), men i de øvrige prøver (Taphane 3, Taphane 4, Taphane 5 og Taphane 6) blev der påvist 0,02-0,03 mg metan/l. Der er således en vis metanprodultion i anlægget, hvad gasanalyserne også viser (afsnit 6.3.1). Niveauet er dog ikke så stort som på målt ved den reaktive jernspånevæg på Godsbanegården, hvor der blev påvist over 10 mg metan/l nedstrøms væggen (dette projekt blev gennemført af Banestyrelsen, med økonomisk støtte fra EU-miljø-tøtteordningen LIFE og Miljøstyrelsen) /19/. I forbindelse med afgrænsningen af forureningsfanen i grundvandet i 1986 blev det øvre, sekundære magasin, hvor i afværgeboringerne er filtersat, karakteriseret som en oxideret, nitratholdig calcium-bikarbonat vandtype /5/. Det blandede afværgevand indeholder ilt (omkring 1,5 mg O2/l) og nitrat. Begge stoffer er gode oxidationsmidler, der kunne give anledning til skorpedannelse i toppen af det første filter. Prøverne fra 26.06.01 blev analyseret for nitrat og nitrit. Resultatet af dette er vist på figur 5.11. Ved passage af det første filter blev nitratindholdet reduceret fra 53 mg/l til 1 mg/l og nitritindholdet på 0,02 mg/l blev reduceret til under detektionsgrænsen (0,01 mg/l).
Figur 5.11 Nitrat- og nitritindhold i jernspåneanlægget 26.06.01 Efter andet filter, kunne hverken påvises nitrat eller nitrit. Da der var tale om sidste analyserunde er resultaterne ikke gentaget. Der kan tænkes forskellige processer til fjernelse af nitraten. Den kan reduceres kemisk på jernoverladerne, anvendes som elektronacceptor i en mikrobiologisk proces eller indbygges i en biomasse. Såfremt den er fjernet ved kemisk reduktion på jernspånerne, kan den være reduceret helt til frit kvælstof eller til NOX'er, der eventuelt reduceres yderligere i de følgende filtre. Reduceres nitraten til N2 overstiges opløseligheden for nitrogen i vand. Dette kan være en del af forklaring på gasudledningen fra filter nr. 2 og 3. Der kan muligvis være sket en reducering af en del af nitraten til ammonium. Dette kan forklare den påviste ammoniumdannelse i anlægget på 12 mg/l i driftsfase 1 (afsnit 4.4). 5.4 Mikrobiologisk karakterisering af jernspånerI forbindelse med demontering af anlægget blev der udtaget prøver af filtermaterialet med henblik på en bestemmelse af en eventuel baterieflora på jernspånerne. Der blev udtaget prøver fra filter nr. 3, hvor der kunne måles den største gasprodultion på dette tidspunkt og filter nr. 5, hvor der ikke blev registreret gasproduktion i driftsfase 2. Der blev udtaget prøver i 30-40 cm's dybde i hver af de 2 filtre. Prøverne blev udtaget med rengjort værktøj (afrensning i sprit og flambering) og emballeret under vandoverfladen i redcap-glas. Prøverne blev analyseret hos GEUS. Analyserapporten ses i bilag H. Filtermaterialet blev underkastet følgende undersøgelser:
Tabel 5.5 Mikrobiologisk karakterisering af jernspåner Der kunne ikke detekteres bakterier på jernspånerne ved AODC og cPCR. Der sås ingen anaerobe bakterier og kun få aerobe bakterier ved pladespredning og inkubering. Aerobe bakterier har så dårlige vækstvilkår i jernspånefiltre, hvor miljøet er strengt anaerobt, at de ikke kan have bidraget til gasudvikling i anlægget. Der var således intet i denne undersøgelse, der tydede på at gasudviklingen i filtrene stammede fra en etableret biomasse i filtrene. 5.5 Sammenfatning og vurdering af driftsperiode 2Halveringstiden for PCE i anlægget steg i driftsperiode 2 fra omkring 3 timer til 10 timer. Der blev konstateret dannelse af nedbrydningsprodukter, der dog også blev nedbrudt i anlægget. Udledning af klorerede alifater via gasudlederne blev vurderet at være minimal. Fjernelsen af disse stoffer skete derfor i filtrene. I driftsperiode 2 blev der konstateret en trykopbygning over anlægget, primært på det første filter. Dette var helt parallelt til hvad der blev observeret i driftsfase 1. Midt i maj 2001 blev filter 1 by-passed for at nedsætte trykket. Der skete herefter hurtig en trykopbygning i filter 2, der nu var det første filter i rækken. Årsagen til trykopbygningen vurderedes ikke at være udfældninger af kalk, da dette kun kunne optage få procent af porevolumet. Skorpedannelsen i toppen af især det første filter vurderedes at skyldes vandets ilt- og evt. nitratindhold. Der blev efter omkring en måneds drift konstateret en stigning i gasudledningen i filter 2 og til dels filter 3. Dette var overraskende, da der var forventet kemisk brintdannelse. Analyser af gassen og vandet kunne ikke give nogen entydig forklaring på gasproduktionen. En mikrobiologisk karakterisering af jernspånerne tyder ikke på at der har været nogen etableret biomasse i filtrene, der kan have givet anledning til den påviste gasudvikling.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
