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

Termisk assisteret oprensning af høfdedepotet, Høfde 42, Harboøre Tange

Appendiks 1

I dette appendiks beskrives mulighederne for at benytte den termiske metode In-Situ Thermal Desorption (ISTD) som et alternativ til den i hovedrapporten beskrevne løsning med opvarmning af det forurenede område inden for spunsen ved brug af damp.

Omfanget af en fuldskalaoprensning ved ISTD er skitseret, ligesom der i appendikset ligeledes præsenteres anbefalinger til pilotskalaaktiviteter.

For både fuldskala- og pilotskalaløsningen er det anlægsmæssige design samt hovedtrækkene i oprensningsstrategien skitseret. Løsningernes forventede forbrug af ressourcer i form af bl.a. energi er skønnet, ligesom der er udarbejdet et økonomisk overslag over omkostningerne forbundet med gennemførelsen af hhv. fuldskalaoprensning og pilotprojekt ved anvendelse af ISTD.

1 Fuldskalaoprensning med ISTD

I dette afsnit beskrives den alternative termiske løsning med opvarmning af det forventede kildeområde inden for den allerede etablerede spuns ved brug af ISTD, og en samtidig hydraulisk og pneumatisk kontrol i oprensningsperioden. Løsningens anlægsmæssige design samt hovedtrækkene i oprensningsstrategien præsenteres, og der gives et prisoverslag over omkostningerne forbundet med gennemførelse af den præsenterede termiske løsning, ligesom den forventede oprensningseffektivitet, kritiske elementer samt usikkerheder præsenteres.

1.1 Koncept for fuldskalaoprensning med ISTD

Konceptet for den planlagte fuldskalaoprensning præsenteres i det følgende.

1.1.1 Valg af areal og dybde

Der fokuseres på arealet inden for den allerede etablerede spuns, som omkranser den væsentligste del af forureningen i høfdedepotet. Arealet fremgår af figur 1.1.

Figur 1.1. Kort med forventet behandlingsareal. Copyright NDO Cowi

Der behandles termisk både over og under det indskudte lerlag. Forureningsmassen under det indskudte lerlag er langt mindre end massen over det indskudte lerlag, men ved opvarmning under lerlaget opnås mulighed for en delvis fjernelse af den forurening, som måtte have spredt sig under det indskudte lerlag. Samtidig medfører opvarmningen under det indskudte lerlag, at der med større sandsynlighed opnås en tilstrækkelig opvarmning af den frie fase, som der i visse dele af depotet er beliggende umiddelbart oven på det indskudte lerlag.

Det vurderes, at størstedelen af den forurening, der er beliggende under det indskudte lerlag, befinder sig i en zone svarende til ca. 2 m under det indskudte lerlag, idet permeabiliteten i det siltede og lerede sandlag mellem det indskudte lerlag og fjordleren er stærkt faldende med dybden (i retningen mod fjordleren). Endvidere vil også langt den største transport af forurening ske i de øvre 2 meter af sandlaget mellem fjordleren og det indskudte lerlag. På denne baggrund er det vurderet mest hensigtsmæssigt udelukkende at behandle de øverste 2 meter af sandlaget under det indskudte lerlag.

Endvidere vurderes det hensigtsmæssigt at nedgrave en luft- og vandtæt membran umiddelbart over afgravningsniveauet i 1981. Membranen skal udføres således, at den forbliver vand- og lufttæt i oprensningsperioden. Ved etablering af membranen opnås en langt større pneumatisk kontrol i oprensningsvolumenet, ligesom varmens udbredelse og damp, der dannes som følge af opvarmningen, lettere kan kontrolleres med et deraf følgende mindre varmetab til følge. Samtidig forhindrer membranen, at oprensningsområdet afkøles af nedsivende regnvand. Membranen skal således udformes, så nedsivende vand afledes/kan oppumpes. Membranen kan eksempelvis etableres af asfalt eller lignende.

Som udgangspunkt er det forudsat, at membranen etableres i ca. kote +1 ved afgravning af det uforurenede sand mellem den nuværende terrænoverflade og kote +1. Det indskudte lerlag har overside i ca. kote -2,5, mens den nedre afgrænsning af oprensningsvolumenet vurderes at være i ca. kote -5. Således forventes det totale oprensningsvolumen at strække sig fra kote -5 til kote +1. For at sikre en tilstrækkelig opvarmning i bunden af behandlingszonen, føres ISTD-varmeboringerne til kote -6,5, således at der tilføres varme til ca. 1,5 meter under bunden af behandlingszonen.

I Figur 1.2 er præsenteret et konceptuelt tværsnit af oprensningen.

Figur 1.2. Konceptuelt tværsnit med ISTD opvarmning og ekstraktion af vand og gasser over og under det indskudte lerlag.

Klik her for at se figuren.

1.1.2 Overordnet procesbeskrivelse

ISTD-opvarmningen gennemføres ved tilførsel af energi fra el-nettet.  En principskitse for ISTD-anlægget er vist i figur 1.3.

Figur 1.3. Principskitse af anlæg til ISTD opvarmning.

Anlægget til behandling til ekstraheret vand, DNAPL, og gasser (damp, luft, organiske stoffer samt uorganiske gasser) er skitseret i figur 1.4 og er tilsvarende det anlæg, som er anbefalet ved damp-løsningen.

Figur 1.4. Skitse af anlæg til behandling af ekstraheret væske og gas.

Anlægget vil blive opbygget af komponenter, som har vist sig anvendelige og robuste i forhold til de aktuelle stoffer. Fra manifolden med gasser og ekstraheret væske adskilles gas (luft) og væske. Luften behandles først i en termisk oxidizer, hvor alle organiske stoffer afbrændes. Her kan uorganiske stoffer ligeledes reagere, og det forventes, at luftstrømmen ud af forbrændingskammeret er ”normaliseret”, dvs. domineret af forbrændingsprocessen, hvor store mængder ilt reagerer med organiske stoffer og det tilførte brændsel (gas). Ved afbrændingen dannes syre, som neutraliseres i den efterfølgende ”quench/scrubber”, hvor luftstrømmen afkøles til ca. 30-40 ^oC, og samtidig neutraliseres ved tilførsel af base (typisk NaOH). Den kølede luft efterbehandles med aktivt kul for at efterpolere til meget lave koncentrationer inden udledning til atmosfæren.

Væsken ledes fra væskeudskilleren til en faseudskiller, hvor NAPL og partikulært materiale fraskilles. Væsken, som efter faseudskilleren stadig kan indeholde dråber af NAPL og høje opløste koncentrationer, behandles derefter ved basisk kogning. Kryds-varmevekslere anvendes til at minimere energiforbruget til dette. Efter denne forbehandling poleres vandet ved lavere temperatur ved filtrering med aktivt kul før udledning.

Det kan muligvis vise sig nødvendigt at behandle det oppumpede grundvand fra høfdedepotet i et biologisk rensningsanlæg inden udledning, idet det ikke er tilstrækkeligt belyst, hvorvidt f.eks. metabolitter som P1- og P2-syrer fjernes i tilstrækkeligt omfang under oprensningen og/eller ved den ovenfor beskrevne vandbehandling. Behovet for en biologisk behandling af oppumpet vand skal nærmere belyses i en evt. detailfase af projektet.

1.1.3 Boringsdetaljer og placering

ISTD boringerne afgiver varme over hele længden af varmelegemerne fra ca. kote +1 til kote -6.5. En del af den afsatte varme fører til kogning af grundvandet, hvorved damp produceres in-situ. Det vurderes, at dampen dannet under det indskudte lerlag vil udbrede sig vandret mellem det indskudte lerlag og den mere lavpermeable del af sandlaget under det indskudte lerlag. Ligeledes vil dampen produceret over det indskudte lerlag udbredes horisontalt, men også stige opad, indtil den bremses af den installerede vandrette barriere (se figur 1.2). En ISTD varmeboringsafstand på ca. 5 meter har været anvendt i lignende tilfælde. Hver ekstraktionsboring er omringet af seks ISTD-varmeboringer. Derfor placeres boringerne i et hexagonalt mønster som vist i figur 1.5.

Figur 1.5. Skitseret layout af ISTD varmeboringer og ekstraktionsboringer

Hver ekstraktionsboring er omkranset af 6 varmeboringer, hvilket erfaringsmæssigt sikrer den bedste opvarmning, og samtidig minimeres antallet af injektions- og ekstraktionsboringer.

Boringerne udføres som udgangspunkt som skitseret i figur 1.6.

Figur 1.6.  Skitse af ISTD varme- og ekstraktions-boringer

Der ekstraheres fra to filtre i hver ekstraktionsboring. Det nederste filter udstyres med pumper, mens det øverste filter ekstraherer vand og gasser ved slurping. Ved slurping suges en blanding af vand og luft fra boringen i et separat rør samtidig med, at der er vakuum på selve boringen. Herved opnås fjernelse af vand fra boringen uden installation af pumper.

Moniteringsboringerne er ikke vist i figur 1.6, men består af et filter i hvert lag til pejling og trykmåling samt termofølere placeret for hver meter fra top til bund. Termofølerne placeres med henblik på at kunne overvåge og regulere varmeudbredelsen. Udvalgte varme- og ekstraktionsboringer etableres med termofølere som vist på figuren.

Tabel 1.1 viser antallet af boringer.

Tabel 1.1. Antal boringer til ISTD opvarmning, ekstraktion, og monitering

*Bemærk at to filtre installeres i hver boring.

ISTD varmeboringerne forventes placeret langs den etablerede spunsvæg. Herved opnås en varm afgrænsning af oprensningsområdet. Det er ikke med sikkerhed klarlagt, at der ikke stedvis kan forekomme en markant sedimentforurening umiddelbart på ydersiden af den etablerede spuns, og det kan således ikke udelukkes, at opvarmningen af spunsen kan medføre dannelse af uønskede gasser. Der er derfor en risiko for afdampning og lugtgener på ydersiden af den etablerede spuns, idet der på ydersiden af spunsen ikke er pneumatisk kontrol i den umættede zone.

Såfremt det viser sig nødvendigt (afklares ved et evt. pilotprojekt), kan der på ydersiden af spunsen etableres en række simple luftekstraktionsboringer i den umættede zone, således at der opnås pneumatisk kontrol med området umiddelbart langs med spunsen. Der forventes at skulle etableres i størrelsesordenen 65 simple vakuumboringer langs spunsen for at opnå den nødvendige pneumatiske kontrol. Ekstraheret luft fra disse boringer kan behandles med den i øvrigt ekstraherede luft i forbindelse med oprensningen.

Ved et evt. fuldskalaprojekt skal den nøjagtige boringsplacering samt placering og indretning af varmeboringer og ekstraktionsfiltre nærmere vurderes. Vurderingen foretages med udgangspunkt i resultater fra pilotprojektet, samt ved gennemførelse af teoretiske beregninger i modelleringsprogrammer. Herved sikres den oprensningsmæssige samt økonomisk bedste indretning og placering af boringerne. Endvidere efterprøves, hvorvidt det anvendte materialevalg er tilstrækkeligt under de aggressive forhold i høfdedepotet.

1.1.4 Oprensningsstrategi

Oprensningen vil foregå efter følgende principper:

1. Der etableres hydraulisk og pneumatisk kontrol ved start af pumpning og ekstraktion fra boringerne over og under det indskudte lerlag. Dette dokumenteres ved pejlinger og måling af vakuum i umættet zone.
2. Over en periode på 90 dage afvandes området inden for spunsen. Der pumpes fra ekstraktionsboringerne med en samlet ydelse på ca. 13 m³/time. Efter denne afvanding vurderes der at være ca. 30 % vandmætning over det indskudte lerlag og ca. 50 % vandmætning under det indskudte lerlag. Denne afvanding vil reducere varmekapaciteten af det opvarmede volumen betragteligt og lette den pneumatiske kontrol ved at skabe umættede forhold under det indskudte lerlag, hvor den dannede damp efterfølgende kan finde vej til ekstraktionsboringerne.
3. Mens der holdes hydraulisk og pneumatisk kontrol, opvarmes behandlingszonen ved hjælp af ISTD varmeboringerne. Der ekstraheres en væsentlig mængde vand som damp, hvilket er medvirkende til den hydrauliske kontrol. Der forventes at være en indsivning af koldt vand, som modsvares af oppumpning og ekstraktion af damp.
4. Laget over det indskudte lerlag har en lavere vandmætning og vil derfor varmes hurtigere end laget under det indskudte lerlag. Dette er favorabelt, idet den største mængde færdigvarer befinder sig over det indskudte lerlag. Det forventes, at der lokalt opnås temperaturer over 100 ^oC, hvilket fører til en mere komplet oprensning.
5. Der varmes, indtil der opnås ca. 100 ^oC både over og under det indskudte lerlag, hvilket dokumenteres ved temperaturen i den ekstraherede væske og luft og måling fra termofølere i de 50 moniteringsboringer. Dette sker ikke nødvendigvis samtidigt i det nederste og øverste lag.
6. De præcise oprensningsmålsætninger skal fastlægges nærmere som led i en eventuel detailprojektering. Som udgangspunkt kan det dog foreslås, at opvarmningen fortsættes indtil:
   1. Der er opnået 100 ^oC i laget over det indskudte lerlag.
   2. Der er opnået 90 ^oC eller højere temperatur under det indskudte lerlag.
   3. Der er fjernet store mængder færdigvarer, og koncentrationen i den ekstraherede luft og vand er faldet til under 1 % af maksimum-værdien.
   4. Prøvetagning af sediment viser, at den ønskede reduktion i koncentrationen er opnået.
   5. Prøvetagning af vand viser, at nedbrydningsprodukter ikke er ophobet i uønsket høje koncentrationer.
7. Efter ISTD opvarmningen afsluttes, pumpes og suges der fortsat, indtil den ønskede temperatur er opnået. Som et minimum skal al damp fjernes eller kondensere. I denne fase injiceres koldt vand, hvis det vurderes nødvendigt for afkølingen eller for at skylle vandopløselige nedbrydningsprodukter ud. Det forventes, at 180 dage er nødvendigt for at opnå den ønskede afkøling og gennemskylning.

1.2 Masse og energibalancer

Tabel 1.2 præsenterer det samlede oprensningsvolumen samt varmekapacitet heraf med mellemregninger. I beregningerne er det indskudte lerlag antaget at være en del af det nedre lag.

Tabel 1.2 Opgørelse af volumen og varmekapacitet for fuldskala-oprensning med ISTD.

*Det indskudte lerlag er medtaget i beregningen for det nedre lag.

Der oprenses ca. 130.000 m³ forurenet sediment og vand. Porøsitet og vandmætning er estimeret ud fra målingerne i treatability forsøgene.

Vandbalancen for fuldskala-oprensningen med ISTD er vist i tabel 1.3.

Tabel 1.3 Vandbalance for fuldskala-oprensning med ISTD.

Det ses at, balancen mellem ekstraktion, lækage, og fjernelse af vand som damp, at der under oprensningen sker en nettofjernelse af vand i oprensningsperioden. Det skal dog bemærkes, at den estimerede lækage er skønnet, og der kan således forekomme afvigelser. Derfor vælges kapaciteten på ekstraktionsboringen og behandlingsanlægget med en sikkerhedsfaktor, der tillader afvigelser fra de beregnede rater.

Der ekstraheres i alt ca. 80.000 m³ vand, hvilket svarer til udskiftning af ca. 1.6 porevolumener grundvand. Hvis den aktuelle lækage er mindre end antaget, vil disse tal falde.

Oprensningens overordnede energibalance fremgår af tabel 1.4.

Tabel 1.4. Overordnet energibalance for oprensningen.

Som det fremgår af tabellen, forventes den tilførte netto energiflux i opvarmningsperioden at være ca. 3.500 kW, hvilket medfører en gennemsnitlig opvarmningsrate på ca. 1,0 °C/dag.

Specifikationer på anlæggets væsentligste komponenter er angivet i tabel 1.5.

Tabel 1.5. Specifikationer på anlægskomponenter (maksimum kapaciteter).

1.3 Tidsforbrug og omkostninger

Afværgen består af de følgende trin:

1. Evt. etablering af ny spuns for forurenede områder uden for den eksisterende spuns.
2. Afgravning af øvre, rene sand og placering af en horisontal barriere over den øvre oprensningsdybde (membran).
3. Placering af det rene sand over membranen.
4. Installation af varmeboringer, ekstraktionsboringer, og moniteringsboringer.
5. Installation af infrastruktur til ISTD- og behandlingsanlæg (strøm, vand, udledning).
6. Installation af ISTD anlæg.
7. Installation af behandlingsanlæg.
8. Installation af boringsudstykninger, pumper, manifolder og moniteringsudstyr.
9. Termisk oprensning inklusiv dokumentationsundersøgelser og efterfølgende afkøling.
10. Afvikling af anlæg og infrastruktur.
11. Fjernelse af boringer.
12. Retablering af originalt sandlandskab.

1.3.1 Tidsforbrug

Tabel 1.6 viser den beregnede oprensningsperiode, som forenklet er som følger:

• 15 dage med etablering af hydraulisk og pneumatisk kontrol.
• Ca. 3 måneders afvanding.
• Ca. 14 måneder, hvor der behandles termisk.
• 6 måneders afkøling og gennemskylning med rent vand til flushing af nedbrydningsprodukter.

Tabel 1.6. Estimat af behandlingstid.

Den samlede behandlingstid er ca. 720 dage, svarende til ca. 2 år. Bemærk, at anlægsperioden ikke er medregnet i denne periode.

1.3.2 Overslag over omkostninger ved fuldskala termisk oprensning

Størrelsesordenen for omkostningerne forbundet med gennemførelse af det beskrevne fuldskalaprojekt er estimeret i tabel 1.7. De angivne priser er baseret på et groft prisoverslag og er stærkt afhængigt af erfaringsopsamling fra et evt. pilotprojekt, idet kritiske elementer her vil blive lokaliseret. Alle priser er angivet i millioner kroner ekskl. moms.

Til brug for vurdering af entreprenørudgifter forbundet med ISTD-oprensningen har Krüger foretaget en vurdering af de økonomiske konsekvenser forbundet med oprensningen. Denne vurdering har ligget til grund for prisoverslaget.

Overslaget er baseret på en antagelse om anvendelse af tykvægget stål til varmeboringerne. Hvis det viser sig i et evt. pilotprojekt, at dette materiale skal udskiftes med mere bestandigt metal som Hastelloy, vil prisen stige betragteligt.

Tabel 1.7. Prisoverslag – gennemførelse af fuldskalaprojekt (ISTD).

Udgiften til gennemførelse af fuldskalaprojektet beløber sig til i størrelsesordenen 186 mio. kr. ekskl. moms.

Udgifter til procesdesign indeholder kunde- og myndighedskontakt samt detailprojektering af fuldskalaanlægget, herunder modelarbejde, udarbejdelse af arbejdsbeskrivelser, indhentning af tilladelser, korrespondance med entreprenører mv.

Monitering omfatter monitering af anlægget og relevante massestrømme i en oprensningsperiode på ca. 24 måneder. Analyseomkostninger er ikke nærmere prissat, idet analyseomfanget på nuværende tidspunkt er ukendt. Der er samlet set afsat i størrelsesordenen 1 mio. kr til udgifter i forbindelse med analysearbejde.  I moniteringsprisen er endvidere indregnet daglig behandling af bl.a. temperaturdata og prøvedata fra oprensningen med henblik på at optimere projektets gennemførelse samt tilsyn med afværgeanlægget i afværgeperioden. Samtidig er indregnet borearbejde til dokumentation af forureningsniveauer både før, under og efter endt oprensning.

Projektstyring indeholder udgifter til den overordnede styring af fuldskalaoprensningen samt afrapportering og evaluering efter endt oprensning.

I rørføringer, kabler og SRO er indregnet kabler til og mellem heatere, analoge signalgivere og komplet el- og SRO system.

Klargøring af oprensningsområde omfatter afgravning af sand til kote +1, udlægning af vand- og lufttæt membran, indretning af byggeplads mv. Borearbejdet omfatter etablering af de beskrevne ISTD-, ekstraktions- og moniteringsboringer. Hertil kommer en udgift på 32 mio. kr til selve ISTD-varmelegemerne.

Drift og service af anlæg indeholder mandskabsudgifter for en oprensningsperiode på 2 år.

Der er indregnet 20 mio. kr. til termisk oxidizer, scrupper samt basisk kogning.

Forbruget af kul kan ikke nærmere vurderes, før resultatet fra et evt. pilotprojekt foreligger og er ikke indregnet i prisoverslaget.

Elforbruget er skønnet til ca. 45 mio. kr, ved brug af en elpris på ca. 70 øre pr. kWh. Der er ikke indregnet udgifter til evt. skiftning af anlægselementer under oprensningen. Behovet herfor bliver nærmere belyst i et evt. pilotprojekt.

Ovenstående skal betragtes som et groft prisoverslag. På baggrund af resultater og erfaringer fra pilotprojektet vil det være muligt at vurdere omfanget af tiltag mhp. at sikre arbejdsmiljø, sikre mod eksplosioner, materialevalg i forhold til korrosion osv. I ovenstående prisoverslag er ikke indregnet detaljerede foranstaltninger til sikring mod eksplosionsrisiko, idet omfanget af disse endnu ikke er afklaret.

1.4 Forventede oprensningseffektiviteter

Som diskuteret i hovedrapportens afsnit 3 og 4 forventes oprensningseffektiviteten overordnet at kunne forudsiges ud fra resultaterne af treatability forsøgene med visse justeringer baseret på praktiske betragtninger og erfaringer.

Effektiviteterne for ISTD løsningen er estimeret ud fra den antagelse, at der opnås en opvarmning til 100 °C i hele behandlingsvolumenet. Overordnet er det NIRAS og TerraTherms opfattelse, at fjernelseseffekterne opnået ved treatability forsøgene generelt er mindre end den oprensningseffektivitet, som kan forventes ved feltskalaoprensningen. Oprensningseffektiviteter, som forventes i felten (intervaller er angivet, hvor dette er muligt), er:

• Ethyl-parathion: Treatability forsøgene viser 91 % fjernelse. Det anses for muligt at opnå mellem 90 % og 99 % fjernelse i felten grundet den længere behandlingstid.
• Methyl-parathion, malathion, og sulfotep:  Treatability forsøgene viser fuldstændig fjernelse. Det forventes, at lignende resultater kan opnås i felt-skala (95-99,9 % fjernelse afhængig af startkoncentrationer).
• Para-nitrofenol (PNF):  Treatability forsøgene viste dannelse ved temperaturer omkring 90 ⁰C. Det forventes, at gennemskylning med damp (dannet ved kogning) og vand vil udvaske meget af den dannede PNF. Det er også muligt, at PNF nedbrydes ved behandling ved 100 °C og derved elimineres. Dette skal dog studeres nærmere i pilot-skala.
• Polære stoffer (EP1, EP1-syre, EP2, EP2-syre, etc.): Disse stoffer vil helt sikkert dannes ved hydrolyse af færdigvarerne. Det er endnu uvist, i hvilket omfang de vil blive nedbrudt ved temperaturen omkring 100 grader, eller om de skal fjernes med oppumpet vand/kondensat.
• Kviksølv: Lille effekt, uændret koncentration i sediment.

Denne løsning vurderes at have højere effektivitet end en tilsvarende termisk løsning ved dampinjektion, fordi:

1. Der opnås generelt en mere ensartet opvarmning ved termisk ledningsevne end ved damp.
2. Der kan opnås temperaturer på over kogepunktet i zoner, der tørrer ud, hvilket giver anledning til mere effektiv behandling end damp, hvor temperaturerne er begrænset af injektionstemperaturen.
3. ISTD løsningen kan opnå kogepunktstemperaturer over hele dybden, idet der afsættes varme i det indskudte lerlag og i de øverste 1.5 m af det lavpermeable lag under behandlingszonen.
4. Der koges grundvand i hele det opvarmede område, hvilket giver behandling i alle lag, uanset permeabilitet. Dette er en mere robust løsning end dampinjektion med trykcyklus.

I forbindelse med en ISTD løsningen er det vigtigt at bemærke, at en forlængelse af den termiske behandling vil føre til yderligere reduktion i forureningsmængden. Der vil være en glidende overgang i varmefordelingen i oprensningsvolumenet. Således vil de dele af oprensningsvolumenet, som er tættest på varmeboringerne, være væsentligt varmere end 100 °C, når de ”koldeste” områder er 100 °C. Derfor forventes den skitserede ISTD metode at medføre oprensningseffektiviteter mellem de ca. 90 % som vist ved 100 °C treatabilityforsøgene og de ca. 100 % som vist ved 300 °C  treatabilityforsøgene.

På trods af de vellykkede treatability forsøg bør oprensningseffektiviteterne studeres nærmere i pilot-skala. Det anbefales endvidere, at pilotforsøget anvendes til at bestemme oprensningeffektiveten for ISTD-løsningen ved både 100 °C og højere temperaturer.

1.5 Kritiske elementer og usikkerheder

I det følgende diskuteres de væsentligste usikkerheder i forbindelse med den termiske ISTD behandling af høfdedepotet ved Høfde 42.

1.5.1 Infrastruktur og tilførsel af vand, brændsel og strøm.

Fuldskalaoprensning kræver tilførsel af energi og vand som følger:

a.              Vand til behandlingsanlægget og til injektion under afkøling (ca. 10 m³/time).

b.              Strøm til ISTD- og afværge-anlægget (ca. 6 MW strømtilførsel).

c.               Brændsel til termisk oxidation af luft (naturgas eller propan).

Hvis dette ikke er praktisk muligt, kan det påvirke beslutningen om gennemførelsen af den termiske oprensning.

1.5.2 Behandling og afledning af spildevand

Under oprensningen oppumpes ca. 55.000 m³ grundvand, som skal behandles og efterfølgende udledes (bemærk, at dette er ca. 20 % af volumenet ved dampløsningen jf. hovedrapportens Kapitel 5). Endvidere ekstraheres damp svarende til en vandmængde på i alt 25.000 m³. Det ubehandlede vand kan indeholde:

• Færdigvarer som fri fase.
• Opløste syrer og andre polære stoffer, som ikke let fjernes ved basisk kogning eller kulfiltrering, men evt. kræver biologisk behandling.
• Kviksølv.
• Andre organiske eller uorganiske nedbrydningsprodukter.

Det er vigtigt, at behandlingsmetoder for det oppumpede vand identificeres og om muligt afprøves under pilotprojektet. Det skal ligeledes overvejes, hvorvidt det oppumpede grundvand skal behandles biologisk inden udledning.

1.5.3 Behandling og udledning af luft

Under fuldskala oprensning udsættes hele oprensningsområdet for vakuum, og der ekstraheres ca. 6.000 m³ luft/gasser pr. time. Disse gasser består af:

• Atmosfærisk luft.
• Damp.
• Organiske gasser (pesticider og nedbrydningsprodukter).
• Uorganiske gasser dannet bl.a. ved hydrolyse.
• Kviksølv.

Det er vigtigt, at luftbehandlingsanlægget fjerner disse stoffer så udledningskriterierne overholdes. Det er også vigtigt, at behandlingsmetoder for den ekstraherede luft identificeres og om muligt afprøves under pilotprojektet.

1.5.4 Pneumatisk kontrol og lugtgener i feltskala

Den pneumatiske kontrol er tæt knyttet til spørgsmålet om lugtgener og emissioner fra fuldskala systemet. Det er vigtigt, at den pneumatiske kontrol moniteres og dokumenteres:

• Kontrol og måling af vakuum på ekstraktionsboringerne.
• Trykmåling inden for og uden for spunsen i umættet zone (skal vise indadrettede trykgradienter).
• Måling af organiske og uorganiske parametre på luft over og omkring behandlingszonen inklusive placeringer i nedstrøms vindretning.

Et væsentligt spørgsmål er, om der skal ekstraheres luft uden for spunsen for at undgå lugtgener i forbindelse med, at evt. forurenet materiale uden for denne opvarmes og fordamper. Dette kan dokumenteres i pilotforsøget, hvor de nødvendige filtre installeres og anvendes til måling og evt. vakuumekstraktion.

1.5.5 Hydraulisk kontrol i feltskala

Det er vigtigt, at det opvarmede vand (og evt. DNAPL) opsamles til behandling og ikke strømmer ud gennem spunsen. Dette sikres og dokumenteres således:

• Massebalancen for vand vedligeholdes, således at der under oprensningen altid sker en netto-fjernelse af vand. Ved oprensning med ISTD er dette simpelt, idet der ikke injiceres vand.
• Vandniveauet pejles inden og uden for spunsen under oprensningen.

1.5.6 Kan boringerne holde til det korrosive miljø?

Dette testes direkte i pilotforsøget. Det forventes, at stålrør og rustfrie stålfiltre kan anvendes, såfremt der anvendes materialer med ekstra godstykkelse. I pilotforsøget installeres kuponer af alternative materialer inden for området, så korrosionens betydning kan belyses. Efter pilotforsøget inspiceres boringer og kuponer.

1.5.7 Risici for eksplosion

Det er endnu ikke med sikkerhed afklaret, hvorvidt opvarmning af fri organisk fase eller residual fri fase kan indebære en risiko for eksplosion. Det er specielt parathion og methylparathion, som vurderes at være problematiske i den forbindelse. Det anbefales således, at der inden igangsættelse af et termisk baseret pilotprojekt foretages yderligere studier inden for området. Cheminova A/S har i den forbindelse oplyst en række laboratorier i Europa, som evt. kan udføre kaloriemeterforsøg med anvendelse af prøvemateriale fra hot-spot området.

2 Pilotforsøg med ISTD

I dette afsnit beskrives de anbefalede pilot-skalaaktiviteter forbundet med en ISTD afværgeløsning.

2.1 Pilotforsøg med ISTD - formål og afgrænsning

Hovedformålet med et ISTD pilotforsøg er at vise, om denne metode er praktisk anvendelig og effektiv ved Høfde 42. Delformål er beskrevet i tabel 2.1.

Tabel 2.1. Formål med ISTD pilotforsøg.

Det følgende afsnit beskriver det foreløbige design af pilotprojektet.

2.2 Pilotprojekt - valg af areal og dybde

Der fokuseres på et areal inden for den allerede etablerede spuns. Arealet forudsættes afgrænset med en ny cirkulær spuns, som således definerer afgrænsningen af området for pilotprojektet. En skitse af pilotforsøget fremgår af figur 2.1.

Figur 2.1. Skitse af pilotforsøg. En spuns omkranser det opvarmede område.

Der ekstraheres vand samt gasser fra filtre placeret både over og under det indskudte lerlag, som skitseret i figur 1.2.

Pilotområde udvælges ud fra følgende kriterier:

• Området skal have forurening både over og under det indskudte lerlag.
• Der skal være DNAPL over det indskudte lerlag.
• Praktisk placering med hensyn til tilslutning af strøm og vand.

Den valgte dimension på pilotområdet er valgt på baggrund af de følgende kriterier:

• Areal og volumen begrænses så vidt muligt for at minimere prisen på pilotprojektet.
• Der skal være plads til installation af moniteringsboringer.

Den foreslåede spuns vil være cylindrisk med en diameter på 2 m. Den består om muligt af et enkelt rør uden samlinger, hvilket minimerer lækage gennem spunsen.

2.3 Procesbeskrivelse

Generelt anvendes en mindre og hvor muligt simplificeret udgave af fuldskala-processen.

Anlægget til behandling af ekstraheret vand, DNAPL, og gasser (damp, luft, organiske stoffer samt uorganiske gasser) er skitseret i figur 2.2. Dette er en stærkt simplificeret udgave af anlægget til fuldskala behandling. Det begrænsede volumen for pilotprojektet gør, at afkøling/kondensation og kulfiltrering er den billigste og mest pålidelige løsning til luftbehandling. Det forventes, at målinger på de ekstraherede mængder af vand, gas og fri fase kan anvendes til det videre design for fuldskala systemet.

Figur 2.2. Skitse af pilotanlæg til behandling af ekstraheret væske og gas.

Anlægget består af komponenter, som hver for sig har vist sig effektive over for de aktuelle stoffer. Fra manifolden med gasser og ekstraherede væsker adskilles gas (luft) og væske. Luften behandles med aktivt kul til meget lave koncentrationer. Væsken ledes til en faseudskiller, hvor NAPL fraskilles. Vandet, som kan indeholde dråber af NAPL og høje opløste koncentrationer, behandles derefter ved filtrering med aktivt kul før udledning.

2.4 Boringsdetaljer

Boringerne udføres som skitseret i figur 2.3. Boringerne er identiske med de planlagte til fuld-skala ISTD-oprensning bortset fra, at de er instrumenteret med termofølere.

Der ekstraheres fra to filtre i den centrale ekstraktionsboring. Begge filtre udstyres med pumpe, mens det øverste filter også ekstraherer vand og gasser ved slurping. Herved belyses behovet for og bestandigheden af dykpumper i det forventede aggressive miljø.

Moniteringsboringerne består af et filter i hvert lag til pejling og trykmåling samt termofølere placeret for hver meter fra top til bund. De tre vakuumboringer uden for spunsen er simple filtre i umættet zone. De kan anvendes til trykmåling, måling af poreluft og vakuumekstraktion.

Figur 2.3.  Skitse af varme- og ekstraktions-boringer til pilotprojekt med ISTD.

Antallet af boringer er som følger:

• 6 ISTD-varmeboringer
• 1 ekstraktionsboring med 2 ekstraktionsfiltre
• 3 vakuumboringer i umættet zone uden for spunsen
• 3 moniteringsboringer

Endelige placeringer og antal vil blive besluttet ved detailprojektering af et evt. pilotprojekt.

2.5 Oprensningsstrategi

Oprensningen vil foregå efter følgende principper, meget lig strategien for fuldskala oprensning:

1. Der etableres hydraulisk og pneumatisk kontrol ved start af pumpning og ekstraktion fra boringen over og under det indskudte lerlag. Dette dokumenteres ved pejlinger og måling af vakuum i umættet zone.
2. Over en periode på 10 dage afvandes området inden for spunsen. Der pumpes fra ekstraktionsboringerne med en samlet ydelse på ca. 0.02 m³/time. Efter denne afvanding vurderes der at være ca. 30 % vandmætning over det indskudte lerlag og ca. 50 % under det indskudte lerlag.
3. Mens der holdes hydraulisk og pneumatisk kontrol, opvarmes behandlingszonen ved hjælp af ISTD varmeboringerne. Der ekstraheres en væsentlig mængde vand som damp, hvilket er medvirkende til den hydrauliske kontrol. Det forventes, at der er en indsivning af koldt vand, som modsvares af oppumpning og ekstraktion af damp.
4. Der varmes, indtil der opnås ca. 100 °C både over og under det indskudte lerlag, hvilket dokumenteres ved temperaturen i den ekstraherede væske og luft og måling fra termofølerne i de 3 moniteringsboringer. Ved denne temperatur behandles ved fortsat tilførsel af energi, mens der dampstrippes. Denne periode er estimeret til at vare ca. 19 dage.
5. Der udtages sedimentprøver til belysning af oprensningseffektiviteten efter opvarmning til kogepunktet og behandling svarende til ISTD behandling i fuldskala ved 100 °C.
6. Opvarmningen fortsættes til udtørring af størstedelen af pilotvolumenet, og der opvarmes til mellem 250 og 300 °C i løbet af ca. 30 dage.
7. Der udtages sedimentprøver til belysning af oprensningseffektiviteten efter opvarmning og behandling svarende til ISTD behandling i fuldskala ved 250-300 °C.
8. Efter ISTD opvarmningen afsluttes, pumpes og suges der fortsat, indtil den ønskede afkøling er opnået. Som et minimum skal der køles ned til under kogepunktet, og al damp er fjernet eller kondenseret. I denne fase injiceres koldt vand for at skylle vandopløselige nedbrydningsprodukter ud. Det forventes, at 20 dage er nødvendigt for at opnå den ønskede afkøling og gennemskylning.

Pilotforsøget forventes at vare ca. 3 måneder. En mere præcis oprensningsstrategi og tidsplan fastsættes som led i en eventuel detailprojektering.

2.6 Masse og energibalancer

I tabel 2.2 vises det samlede pilotvolumen og varmekapacitet med mellemregninger. I denne beregning er det indskudte lerlag antaget at være en del af det nedre lag, idet det fortrinsvis vil blive varmet nedefra af opstigende damp.

Tabel 2.2 Opgørelse af volumen og varmekapacitet for pilotskala-oprensning.

Der oprenses ca. 19 m³ forurenet sediment og vand ved pilotforsøget. Porøsitet og vandmætning er estimeret ud fra målingerne i treatability forsøgene.

Vandbalancen for pilotforsøget er vist i tabel 2.3.

Tabel 2.3 Vandbalance for pilotskala-oprensning.

Det ses af balancen mellem ekstraktion, lækage og fjernelse af vand som damp, at der under pilotforsøget sker en nettofjernelse af vand, og at flowet er relativt lille for alle strømmene. Det skal dog bemærkes, at den estimerede lækage er skønnet, og der kan således forekomme afvigelser. Derfor vælges kapaciteten på ekstraktionsboringen og behandlingsanlægget med en sikkerhedsfaktor, der tillader afvigelser fra de beregnede rater.

Ved pilotforsøget ekstraheres i alt ca. 19 m³ vand, hvilket svarer til udskiftning af ca. 2,5 porevolumener grundvand. Hvis den aktuelle lækage er mindre end antaget, vil disse tal falde.

I tabel 2.4 er den beregnede energibalance for pilotprojektet samt et estimat på den forventede behandlingstid præsenteret.

Tabel 2.4. Energibalance og estimat af behandlingstid for pilotforsøget.

Den estimerede behandlingstid er ca. 84 dage (3 måneder). Den forløber som følger:

• 5 dage med etablering af hydraulisk og pneumatisk kontrol.
• 10 dage med afvanding.
• 19 dage med opvarmning til 100 °C og behandling ved damptemperatur.
• 30 dages opvarmning 250-300 °C og behandling ved denne temperatur.
• 15 dages afkøling og gennemskylning med rent vand til flushing af nedbrydningsprodukter.

Projektets varighed er fleksibelt og afhænger af moniteringsresultaterne.

2.7 Anlægsstørrelse

Specifikationer på anlæggets væsentligste komponenter er angivet i tabel 2.5.

Tabel 2.5. Specifikationer på anlægskomponenter for pilotforsøg (maksimum kapaciteter).

2.8 Monitering og prøvetagning

Tabel 2.6 indeholder et foreløbigt forslag til prøvetagning og monitering i forbindelse med pilotprojektet.

Tabel 2.6. Forslag til monitering og prøvetagning – pilotprojekt.

Det forventes, at moniteringsprogrammet er fleksibelt, så metoder og frekvenser justeres ud fra observationerne. Det endelige moniteringsprogram fastlægges i forbindelse med en eventuel detailprojektering.

2.9 Overslag over omkostninger ved pilotprojekt

Størrelsesordenen for omkostningerne forbundet med gennemførelse af det beskrevne pilotforsøg er estimeret i tabel 2.7. De angivne priser er baseret på et indledende prisoverslag og afhænger af det nøjagtige omfang af pilotprojektet. Alle priser er angivet i tusinde kroner ekskl. moms.

Tabel 2.7. Prisoverslag – gennemførelse af pilotprojekt.

Udgiften til gennemførelse af pilotprojektet beløber sig til i størrelsesordenen 3,0 mio. kr. ekskl. moms, afhængigt af den nøjagtige udførelse af pilotprojektet, forureningsindhold i pilotområdet, omfang af moniteringsprogrammer samt korrosions- og eksplosionstest mv.

Udgifter til procesdesign indeholder kunde- og myndighedskontakt samt detailprojektering af pilotanlægget, herunder modelarbejde for pilotanlægget. I tilsynsprisen er indregnet udgifter til tilsyn ved etablering af boringer, afværgeanlæg samt spuns.

Monitering omfatter monitering af anlægget og relevante massestrømme ca. 3 gange ugentligt i en oprensningsperiode på ca. 3 måneder.

I moniteringsprisen er indregnet daglig behandling af bl.a. temperaturdata og prøvedata fra oprensningen med henblik på at optimere pilotprojektets gennemførelse. Samtidig er indregnet borearbejde til dokumentation af forureningsniveauer både forud for pilotprojektets gennemførelse, efter behandling ved 100 ºC og efter endt oprensning, dvs. behandling ved 200-300 ºC.

Entreprenørudgiften er baseret på overslagspriser fra Krüger og fra Arkil Miljøteknik.

I entreprenørudgiften er indregnet etablering af cirkulær spuns omkring pilotområdet (230.000 kr) samt mekanisk detaildesign, materialeforbrug, fragt af anlæg, opstilling og indkøring.

Lejeudgiften på afværgeanlægget indeholder ISTD-anlæg, kabler, moniteringsudstyr, overjordisk manifold, SVE anlæg, kølere, væskeudskiller samt vandbehandlingsanlæg med tilhørende service og mekanisk tilsyn/eftersyn. Der er medregnet leje af anlæg i 3 måneder.

Endvidere er indregnet forbrug og bortskaffelse af aktivt kul, svarende til 2.500 tons kul til luft og 500 kg kul til vand.

I pilotprojektet forudsættes gængse rørmaterialer anvendt. Der er dog i ovenstående prisoverslag regnet med en sværere godstykkelse end normalt.

I prisoverslaget er indregnet en elpris på 0,70 kr/kWh ekskl. moms og forudsætter afgiftsfritagelse hos myndighederne.

Der er i overslaget indregnet i alt 200.000 kr. til nærmere undersøgelse af eksplosions- og korrosionsrisiko.

Den endelige pris på anlægget afhænger endvidere af, i hvilket omfang de enkelte anlægselementer bliver ødelagt af det korrosive miljø i høfdedepotet. Således har Krüger oplyst, at der kan påregnes en ekstraudgift på ca. 150.000 kr. til reparation eller udskiftning af køleflader, pumper mv. Denne udgift er ikke indregnet i prisoverslaget.

Der er ikke indregnet udgifter til fremføring af el til afværgeanlægget, etablering af vapourcap og indhegning af pilotområde. Analyseomkostninger er ikke prissat, idet analyseomfanget på nuværende tidspunkt er ukendt.

2.10 Yderligere anbefalinger

I forbindelse med projektets Fase 2 skal det overvejes, om følgende aktiviteter skal udføres:

• Supplerende laboratorieforsøg til belysning af mekanismer og betydning af gennemskylning med vand (antal porevolumener).
• Detaljeret korrosionsstudium for metaller og andre materialer til anvendelse i boringer, rørføringer og behandlingsanlæg.
• Laboratorieforsøg til belysning af basisk kogning som forbehandling af vand.
• Laboratorieforsøg til vurdering af bedste metoder til behandling af polære stoffer i vand.
• Analyse af muligheden for at integrere behandling af vand og/eller luft med Cheminovas eksisterende anlæg.

Disse aktiviteter vil, sammen med pilotprojektet, kunne give et forbedret designgrundlag for fuldskalaoprensningen.

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

Version 1.0 Oktober 2007, © Miljøstyrelsen.