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

Afprøvning af elektrokemisk reaktor til rensning af grundvand indeholdende klorerede opløsningsmidler

6 Forsøg på udpeget feltlokalitet

• 6.1 Forsøgsprincip og forsøgsbetingelser
  • 6.1.1 Forsøgsprincip
  • 6.1.2 Ombygning af pilotskalareaktor til gennemstrømning/kontinuert drift
  • 6.1.3 Forsøgsbetingelser
• 6.2 Resultater af feltforsøg
  • 6.2.1 Resultater af langtidsforsøg
  • 6.2.2 Resultater af batchforsøg
  • 6.2.3 Vurdering af reaktorens langtidsstabilitet

6.1 Forsøgsprincip og forsøgsbetingelser

6.1.1 Forsøgsprincip

De forsøg, der tidligere er udført med elektrokemisk rensning af forurenet vand, er alle udført som batchforsøg, hvor det samme vand er blevet recirkuleret gennem reaktoren og forsøgene har kun kørt i kortere perioder på 2 timer til 2 døgn. Da risikoen for udfældninger på elektroderne er væsentligt større ved direkte gennemstrømning over længere tid, blev der iværksat et længerevarende stabilitetsforsøg i felten (Håndværkerbyen 15, Greve) over 1 uge til vurdering af driftstabiliteten ved længerevarende kontinuer drift.

Forsøget var opbygget af 3 faser:

1.    Batchforsøg (1) med oppumpet forurenet grundvand over ca. ½ dag

2.    1 uges forsøg med direkte gennemstrømning

3.    Batchforsøg (2) med oppumpet forurenet grundvand over ca. ½ dag.

Formålet med forsøget var at undersøge, hvorvidt længere tids drift med direkte gennemstrømning vil påvirke funktionen og effektiviteten af reaktoren, f.eks. som følge af udfældninger på elektroderne.

Effekten af langtidskørsel med direkte gennemstrømning blev vurderet ud fra en registrering af det målte potentiale på elektroderne under hele forsøget, en visuel bedømmelse af elektroderne før og efter og sammenlignende batchforsøg før og efter langtidsforsøget.

6.1.2 Ombygning af pilotskalareaktor til gennemstrømning/kontinuert drift

Ved Håndværkerbyen 15 findes et eksisterende afværgeanlæg med aktivt kul. Feltafprøvningen af den elektrokemiske reaktor skete på en delstrøm fra denne afværge-oppumpning. Tilslutning af den elektrokemiske reaktor til en delstrøm af det oppumpede vand krævede dog mindre anlægstekniske ændringer på det eksisterende anlæg.

Der blev etableret en væg, der opdelte containeren i 2 rum, hvor det eksisterende kulfilteranlæg var placeret i det ene rum. Reaktorens strømforsyning blev placeret i rummet med aktiv kul anlægget, mens selve den elektrokemiske reaktor og buffertanken blev placeret i den anden del af containeren. Grunden til, at strømforsyningen blev adskilt fra den elektrokemiske reaktor er, at der under drift med den elektrokemiske reaktor er risiko for udvikling af brint og dermed dannelse af eksplosiv knaldgas. Det er derfor uønsket at have elektriske komponenter i samme rum som reaktorenheden.

Dørene i den ende af containeren, hvor reaktoren stod, blev åbnet og fastlåst, således at rummet stod åbent langs hele den ene væg. Åbningen blev lukket med et tremmehegn, der kunne låses op ved tilsyn. Reaktoren kunne således stå beskyttet mod hærværk, men med stort naturligt luftskifte i rummet, hvilke sikrede, at der ikke opstod eksplosionsfare ved eventuel udslip af brint fra reaktoren.

På grund af temperatursvingninger blev reaktorens buffertank utæt, og det var nødvendigt at udskifte den. Der blev i stedet installeret en 100 l PVC-buffertank. Det samlede vandvolumen ved batchforsøgene var 140 l. Bortset fra denne mindre ændring var forsøgsopstillingen ved batchforsøgene som vist på Figur 3.1 og 3.2.

I forbindelse med gennemstrømningsforsøgene blev der foretaget en mindre ombygning af reaktoren efter det indledende batchforsøg. Reaktoren blev ombygget, så det var muligt at køre med kontinuer drift, hvilket betyder, at der under hele stabilitetsforsøget af én uges varighed kontinuert blev til- og afledt frisk vand til/fra den elektrokemiske reaktor. Efter gennemstrømningsforsøget blev reaktoropbygningen ført tilbage til batchopstilling.

I forbindelse med gennemstrømningsforsøgene blev der ført vand direkte fra det eksisterende aktiv kulfilteranlægsbuffertank til den elektrokemiske reaktor. Efter behandling i reaktoren blev vandet ledt gennem et kulfilter og herefter udledt til kloak.

Under gennemstrømningsforsøget var anlægget udstyret med en elektronisk flow-vagt, der lukkede for strøm til reaktoren, såfremt vandflowet gennem anlægget stoppede. Formålet med dette var at eliminere risikoen for en knaldgaseksplosion, hvis vandtilførslen til anlægget pludselig blev afbrudt.

6.1.3 Forsøgsbetingelser

6.1.3.1 Batchforsøg

Der blev udført i alt 3 batchforsøg; 18. november 2003, 6. maj 2004 og 25. maj 2004. Heraf blev ét forsøg (18.11.2003) udført før langtidsforsøget mens de to øvrige batchforsøg blev udført efter. Ved alle forsøg var flowet gennem reaktoren 10 m³/time.

Ved batchforsøgene blev det tilstræbt, at opnå et potentiale, der gav anledning til let vandspaltning, men ikke klorid-oxidation og dermed dannelse af frit klor. Dette var imidlertid svært at opnå ved forsøget 18. november 2003, idet der ved laveste strøm, som gav anledning til synlige bobler i reaktoren, også skete klorid-oxidation (klorlugt) i den sidste del af forsøgsperioden. Ved det 3. forsøg (25.05.2004) blev anvendt samme spænding som ved forsøget  18.11.2003. Ved dette forsøg blev der imidlertid ikke observeret tegn på klorid-oxidation. De anvendte strøm- og spændingsforhold ved de 3 batchforsøg er angivet i Tabel 6.1. Resultaterne af batchforsøgene kan findes i kap.6.2.2.

Tabel 6.1 Strøm- og spændingsforhold under batchforsøg

6.1.3.2 Langtidsforsøg

Langtidsforsøget forløb i perioden 28. april til 4. maj 2004. Den samlede periode for en strømcyklus var 14 minutter (2x7 minutter). Der blev udført daglige målinger af flow, spænding, strøm og potentiale. Gennem hele forsøgsperioden lå strøm og spænding meget stabilt. I bilag I ses udskrifter af potentialet gennem forsøgsperioden. Disse udskrifter viser, at der ikke blev konstateret ændringer i potentialet gennem forsøget.

Gennem hele forsøgsperioden kunne der registreres bobledannelse i den sidste del af hver halvperiode. Dette var en indikation på vandspaltning og dermed på opnåelse af et acceptabelt potentiale. Der blev ikke registreret tegn på klorid-oxidation (klorlugt) i løbet af forsøget.

Flowet gennem reaktoren varierede mellem 111 og 150 l/time, med et gennemsnit på omkring 134 l/time. Dette vand blev som under batchkørslerne recirkuleret gennem reaktorenheden med en hastighed på 10 m³/time (se kap. 5.1.1). Samlet er der i løbet af langtidsforsøget på 1 uge passeret godt 19 m³ vand gennem reaktoren, og den gennemsnitlige opholdstid i den samlede reaktoropstilling har været på omkring 18 minutter. I løbet af langtidsforsøget blev der udtaget vandprøver før- og efter reaktoren, for at undersøge hvorvidt vandkvaliteten ændrede sig under den elektrokemiske behandling. Prøverne blev analyseret for udvalgte hovedkomponenter. Det anvendte analyseprogram er vist i Tabel 6.2. Resultaterne af langtidsforsøgene kan finde i kap. 6.2.

Tabel 6.2 Analyseparametre ved langtidsforsøg

6.2 Resultater af feltforsøg

6.2.1 Resultater af langtidsforsøg

Som beskrevet i kap. 6.1 blev der udført både batch- og stabilitetsforsøg på den anvendte feltlokalitet. I det følgende er resultaterne af stabilitetsforsøget, hvor den elektrokemiske reaktor kørte kontinuert i 1 uge, beskrevet.

For at undersøge om den elektrokemiske behandling resulterede i væsentlige ændringer i vandkvalitet blev sammensætningen af det oppumpede grundvand bestemt før og efter elektrokemisk behandling. I Tabel 6.3 er vist vandets sammensætning samt den procentvise ændring af vandkvaliteten ved elektrokemisk behandling under langtidsforsøget. Analyseresultaterne kan ses i bilag J.

Tabel 6.3 Analyse af vandkvalitet før- og efter elektrokemisk behandling.

Som det ses af Tabel 6.3, er værdierne for hovedparten af de analyserede parametre uændrede som følge af den elektrokemiske behandling. En del af de mindre ændringer, der blev observeret, kan skyldes analyseusikkerhed. Dette vurderes at være tilfældet for magnesium, kalium og forfor. Faldet i indhold af bikarbonat og stigningen i pH skyldes sandsynligvis stripning af CO₂ og/eller udfældninger på elektroderne i reaktoren. Der er dog tale om små ændringer, og de kan derfor også helt eller delvist skyldes analyseusikkerhed. Stigningen i indholdet af nitrit kan formentlig forklares ved elektrokemisk reduktion af nitrat, og for ilt vurderes det, at stigningen i iltindholdet alene skyldes opløsning af den dannede ilt på anoderne. Indholdet af opløst organisk stof (NVOC) falder med 28% som følge af den elektrokemiske proces. Dette kan være et udtryk for elektrokemisk nedbrydning af forskellige organiske stoffer i reaktoren. Det bemærkes, at nedbrydningskonstanten i så fald overstiger nedbrydningskonstanten for PCE / TCE ved batchforsøgene i Håndværkerbyen. Det vurderes dog, at der ikke kan konkluderes noget endeligt om elektrokemisk nedbrydning af NVOC på baggrund af dette ene forsøg.

Sammenholdes Tabel 6.3 med Tabel 4.1 ses det, at grundvandskvaliteten har ændret sig væsentligt i løbet af den periode, hvor der er gennemført forsøg (juli 2002 – maj 2004). Ledningsevnen er i perioden faldet fra 160 til 141 mS/m, hvilket hænger sammen med faldet i indhold af klorid (30%), natrium (30%) og sulfat (20%). Samtidig er der i løbet af forsøgsperioden sket en mindre stigning i indholdet af bikarbonat, calcium, nitrat og NVOC. Samlet set vurderes denne ændring i vandkvaliteten at kunne have betydning for den elektrokemiske nedbrydning af TCE og PCE.

I løbet af langtidsforsøgene blev potentialet målt dagligt, for at kunne følge en eventuel udvikling i potentialeforløbet. I bilag I er vist udskrifter af potentialet over en elektrode som funktion af tiden. Som det ses af bilaget viste de daglige målinger, at der ikke blev observeret nogle synlige ændringer i cyklusforløbene over tiden i løbet af langtidsforsøget.

Selvom måling af strøm, spænding og potentiale ikke indikerede ændringer i elektrodernes funktion i løbet af langtidsforsøget, kunne der ses hvidlige belægninger på elektroderne ved forsøgets afslutning. Dette kan være indikation af, at der i mindre omfang er sket kalkudfældninger i løbet af langtidsforsøget. Eventuelle kalkudfældninger kan dog også være sket i tiden mellem stabilitetsforsøget og det afsluttende batchforsøg. I denne periode har reaktorenheden og dermed også elektrodeoverfladerne været fugtige, og i sådanne situationer er der tidligere observeret kalkudfældninger (se kap. 5.3.2).

6.2.2 Resultater af batchforsøg

På Figur 6.1 og Figur 6.2 er resultaterne af batchforsøgene illustreret for henholdsvis TCE og PCE. Endvidere er de beregnede nedbrydningskonstanter angivet i Tabel 6.4.

Figur 6.1 Resultater af TCE-batchforsøg, i forbindelse med langtidsforsøget, Håndværkerbyen 15, Greve.

Figur 6.2 Resultater af PCE-batchforsøg, i forbindelse med langtidsforsøget, Håndværkerbyen 15, Greve.

Tabel 6.4 Beregnede nedbrydningskonstanter for batchforsøg i Håndværkerbyen 15, Greve

¹: For beregning af normaliseret nedbrydningskonstant i den elektrokemiske reaktor henvises til kap.5.1.3.

De opnåede resultater indikerer umiddelbart, at der er sket en væsentlig forringelse af rensningskapaciteten fra det første batchforsøg (18.11.2003 - før langtidsforsøget) til det sidst udførte batchforsøg (25.05.2004 - efter langtidsforsøget), specielt for PCE hvor nedbrydningskonstanten, som angivet i Tabel 6.4, er faldet med næsten en faktor 3. Batchforsøget  06.05.2004 blev ikke udført med så høj spænding/strøm som de øvrige forsøg. Resultaterne fra denne dag kan derfor ikke sammenlignes direkte med de øvrige resultater. Der ses dog som for batchforsøget fra  25.05.2004 en lavere nedbrydning end ved batchforsøget før langtidstesten (19.11.2003).

Ændringerne i vandkvaliteten vurderes at kunne være en del af forklaringen på nedgangen i nedbrydningskonstanter, ligesom udfældninger på elektroderne kan være forklaringen.

6.2.3 Vurdering af reaktorens langtidsstabilitet

Langtidsforsøget viste, at reaktor, strømforsyning og PLC fungerede uden behov for regulering og uden tekniske problemer gennem 1 uges uafbrudt drift med direkte gennemstrømning af forurenet vand. Potentiale, strøm og spænding forblev stabile under hele forsøgsperioden. Det kan ligeledes konstateres, at ændringerne i vandkvaliteten (hovedparametre) ved elektrokemisk behandling i reaktoren var minimale.

En visuel bedømmelse af elektroderne før og efter langtidsforsøget viste, at der var hvidlige belægninger på elektroderne, hvilket indikerede, at der i mindre omfang var sket udfældninger på elektroderne. Disse udfældninger kan som tidligere nævnt enten være kommet under stabilitetsforsøget eller i tiden mellem stabilitetsforsøget og det afsluttende batchforsøg, hvor reaktorenheden og dermed også elektroderne har været fugtige. Batchforsøgene viste endvidere et fald i nedbrydningskonstanten for PCE på næsten en faktor 3 og et mindre fald i nedbrydningskonstanten for TCE ved sammenligning før og efter langtidsforsøget. Dette kan skyldes de observerede udfældninger på elektroderne, men det kan som tidligere nævnt også skyldes, at der især for PCE er sket et væsentligt fald i startkoncentrationen fra det første til det sidste batchforsøg.

Samlet må det konkluderes, at en længerevarende driftsperiode med direkte gennemstrømning kan medføre udfældninger på elektroderne med nedsatte nedbrydningskonstanter som følge. Det vurderes dog, at disse udfældninger kan undgås eller minimeres ved enten at sænke den anvendte pulslængde på 7 minutter og/eller ved at indføre en fast rensningsprocedure, hvor der jævnligt under drift foretages en renskylning (afkalkning) af reaktorenheden med en svag syreopløsning.

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

Version 1.0 Juli 2007, © Miljøstyrelsen.