Miljøprojekt Nr. 1177 2007 - Termisk assisteret vakuumventilation

Termisk assisteret vakuumventilation

Sammenfatning og konklusioner

Der er beskrevet og dimensioneret en oprensning med en kombination af opvarmning af jorden og vakuumventilation. Opvarmningsprincippet består i installation af et antal varmelegemer i jorden (som i en dyppekoger) hvortil der sluttes strøm. Varmen udbreder sig primært ved varmeledning. De to vigtigste parametre, der styrer varmeudbredelsen er den termiske konduktivitet og jordens varmekapacitet. Begge dele varierer afhængig af jorden vandindhold. Sammenholdt med jordens permeabilitet er variationen af de termiske parametre meget begrænset, typisk mindre end en størrelsesorden forskellige jordtyper mv. imellem. Dette betyder, at varmeudbredelsen omkring varmelegemerne er meget ensartet sammenholdt med eksempelvis vand- eller luftstrømning, der foregår i de højpermeable lag af jorden. Permeabiliteten varierer mange størrelsesordener, typisk fra ca. 10^-11 m/s til 10^-2 m/s, fra ler til grus.

Der er på baggrund af de fysiske love der styrer varmeudbredelsen opstillet en simpel model til beskrivelse af varmeudbredelsen til dimensionering af nødvendig effekt og tid. En afstand på ca. 5 meter mellem varmelegemerne og en temperatur på 5-600 °C blev fundet til at være optimal, ud fra et tids- og fordelingsmæssigt synspunkt. Den samlede energimængde blev beregnet til ca. 300 kWh/m³ jord.

På baggrund af dette blev et anlæg designet. Selve behandlingsdelen bestod af en række køleflader, en vakuumpumpe, kulfiltre til vand- og luftrensning samt en neutraliseringsenhed. På forhånd var det erkendt, at den PCE der var tilstede i jorden kunne omsættes til saltsyre. Denne saltsyre blev neutraliseret ved dosering af kaliumhydroxid (kalilud).

Varmelegemerne blev konstrueret af et engelsk firma, Heatex, der har stor erfaring fra varmelegemer i industrianlæg mv. Selve designet blev udført af Heatex, som en bygherreleverance, på baggrund af specifikationer fra Hedeselskabet.

Anlæg og varmelegemer blev installeret på lokaliteten Ravnsbjergvej 8, Alsønderup ved Hillerød. Jorden var stærkt forurenet med PCE ned til ca. 10 m dybde på et areal på ca. 75 m² tæt på og under to eksisterende bygninger. Jorden bestod i det forurenede volumen af moræneaflejringer med vekslende lerindhold.

Anlægget blev startet, men efter ca. 24 timers drift kunne fejl på selve varmelegemerne konstateres. På dette tidspunkt var der kun observeret temperaturstigninger i jorden tættest på varmelegemerne, og en egentlig oprensning var selvfølgelig ikke foregået. Anlægget blev stoppet. Efter en del korrespondance mellem sagens parter, blev det besluttet at tage varmelegemerne op af jorden. Det kunne konstateres, at selve varmelementerne var gennemtæret i løbet af de 24 timer, hvilket havde ført til, at der var opstået kortslutning til jorden og lysbuer, der dannede meget høje temperaturer (> 1000 °C). Dette havde ødelagt hele konstruktionen.

På denne baggrund lykkedes det derfor ikke at gennemføre en afprøvning til fulde af teknologien, idet det i forbindelse med processen omkring ansvarsfordelingen blev besluttet af Frederiksborg amt at rive en del af bygningerne ned, og opbore en del af den forurenede jord kombineret med en efterbehandling med kaliumpermanganat af restforureningen.

På baggrund af afprøvningen af metoden termisk assisteret vakuumventilation med opvarmning ved hjælp af varmelegemer og varmeledning kan følgende hovedkonklusioner drages:

Der er store udfordringer i design af selve varmelegemerne, både med hensyn til materialevalg og opbygning. I denne afprøvning var sammenbrud af varmelegemerne pga. korrosion årsagen til, at driften måtte afsluttes uden en egentlig oprensning, metoden er således stadig ikke dokumenteret under danske forhold.
Metoden er relativt dyr og energikrævende. For flygtige stoffer er det beregnet ved dimensioneringen, at der skal anvendes ca. 300 kWh/m³. I amerikanske oprensinger er der ved samme typer stoffer i et dokumenteret tilfælde brugt ca. 360 kWh/m³. Enhedsomkostningerne er stærkt afhængige af størrelsen på oprensningen. Amerikanske data på små oprensninger (lidt større end Alsønderup) ligger i intervallet 2.000-3.000 kr./ton jord. De samlede omkostninger i Alsønderup projektet giver en enhedspris på ca. 3.600 kr./ton jord. Forskellen skyldes primært forskelle på priserne på energi og maskindele, samt at hele anlægget til Alsønderup afskrives på denne sag alene.
Metoden er dokumenteret meget effektiv både overfor de flygtige forureninger som TCE, PCE, TCA etc., men også for mindre flygtige komponenter som PAH, pentachlorphenol, gasolier mv. I amerikanske oprensninger, hvoraf der pt. er udført 17, er oprensningseffektiviteten i de fleste tilfælde større end 99 %.
I forhold til teknikkens anvendelse vurderes det, udover prisen, at der er udfordringer i to retninger. Dels er der en række patenter der beskytter metoden og således reducerer konkurrencen, dels er der muligvis geotekniske problemer, specielt ved udtørring af jorden. De geotekniske implikationer er ikke dokumenteret i det tilgængelige materiale fra de amerikanske oprensninger, men laboratorieforsøg udført af GEO i forbindelse med evalueringen af metoden indikerer mulige volumenreduktioner på op til 2-3 %. Det er dog usikkert om ændringerne under feltforhold er de samme.
Samlet set vurderer Hedeselskabet stadig metoden kan være attraktiv, specielt ved dybere forurening. For at opnå en større sikkerhed for succes anbefales det at anvende de amerikanske varmelegemer ved en senere afprøvning, eventuelt ombygget til europæisk strømforsyning.