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

Basisk Hydrolyse – Indledende Laboratorieforsøg & Forslag til Demonstration i Pilotskala

6 Demonstration i pilotskala

• 6.1 Aktiviteter
  • 6.1.1 Partikelbane modellering
  • 6.1.2 Etablering af boringer og metodesammenligning
  • 6.1.3 Kortlægning af hydrauliske ledningsevne
  • 6.1.4 Kortlægning af pH og bestemmelse af jordens bufferkapacitet
  • 6.1.5 Injicering af natronlud og vand
  • 6.1.6 Afprøvning af pumpetyper og oppumpning
  • 6.1.7 Monitering under oppumpning
  • 6.1.8 Vurderinger og afrapportering
• 6.2 Tidsplan
• 6.3 Økonomisk overslag

6.1 Aktiviteter

I det følgende beskrives de aktiviteter, der skal udføres i forbindelse med pilotforsøget. Formålet med forsøget er at danne grundlag for projektering af fuldskala afværgeforanstaltninger og for en mere præcis vurdering af anlægsøkonomi. Demonstrationen vil medvirke til:

1. at give praktiske erfaringer med udstyr og arbejdsmetoder (boremetoder, pumpetyper, arbejdsmiljø, m.m.,
2. at tilvejebringe nye oplysninger (trykforhold i de 2 magasiner efter spunsen er etableret, hydraulisk ledningsevne, m.m.) og
3. at belyse effekten af basisk hydrolyse i felten (udbredelse af lud, virkning af hydrolyse ved 10 °C, m.m.).

Der vurderes, at der ikke er behov for at etablere en spuns omkring en celle til de planlagte pilotforsøg. I stedet vil en normal hydraulisk kontrol lokalt i cellen sikre, at den injicerede lud og de dannede hydrolyse-rester ikke breddes ud i hele spunsområdet. Selv om dette skulle ske, vil den oppumpning, der skal holde en indadrettet gradient virke som en dobbelt sikring.

I skrivende stund er den endelige udformning af spunsen og tilhørende boringer ikke helt på plads. Dette kapitel tager udgangspunkt i, at arbejdet med spunsen er færdigt, at der er udlagt en membran hvorpå der er opfyld med sand, at drænet på indersiden af spunsen erstattes af oppumpningsboringer i et passende antal. Såfremt der er væsentlige ændringer i disse antagelser kan der være behov for mindre tilpasning.

6.1.1 Partikelbane modellering

For at opnå kontakt mellem forurening og den injicerede lud samt for at sikre oppumpning af de dannede hydrolyse-rester er det afgørende med en optimal geometri af injicerings- og oppumpningslokaliteterne. Dette undersøges ved grundvandsmodellering kombineret med partikelbanesimulering. Modellering vil danne basis for en foreløbig plan over den optimale geometri af boringer, hvilket er vigtigt for senere at være i stand til at projektere et fuldskala anlæg.

Vi forestiller os at modellen kan baseres på en stationær Modflow model med anvendelse af fx partikelbaneprogrammet ModPath. Der benyttes specielle værktøjer, der gør det muligt at visualisere partikelbaner i et GIS-miljø.

Modellen opbygges med fx 1 x 1 meter celler (horisontalt) samt en række vertikale lag (fx 3 lag over det indskudte lerlag, selve lerlaget samt 4 lag under lerlaget). Hermed forbedres muligheden for at beskrive horisontale og vertikale strømninger, selv hvis der anlægges flere hundrede boringer. Modellen holdes enkel i første omgang. Det foreslås at man regner konservativt og ikke medtager dispersion eller molekylær diffusion. Med henvisning til arbejdets formål, foreslås at der i første omgang anvendes forenklede randbetingelser, fx en fast indsivningsrate gennem spunsen samt en tæt magasinbund dannet af fjordleret.

Gennem modelkørsler afprøves forskellige parametre: 1) antal boringer varieres (kan være i størrelsesorden 200 til injektion og 200 til oppumpning) 2) oppumpningens størrelse varieres (kan være 5 m³/t, svarende til udskiftning af 1 porevolumen i begge magasiner pr. år), 3) geometri af oppumpning og injiceringsboringer varieres og 4) virkningen af alternerede drift.

I det aktuelle hot-spot må det antages, at porøsiteten og den hydrauliske ledningsevne er væsentligt mindre end i de tilstødende og mindre forurenede områder pga. højt indhold af partikulært materiale hidrørende fra udledning af slamholdigt råspildevand og udbredt forekomst af residual fri organisk fase. I forbindelse med et design af injektions- og ekstraktionsboringer for høfdedepotet er det derfor nødvendigt at have speciel fokus på dette delområde.

6.1.2 Etablering af boringer og metodesammenligning

Til pilotforsøget udvælges to adskilte pilotområder med høje koncentrationer af forurening. Det er vigtigt, at de to områder ligger langt fra hinanden og de boringer, der sikre en indadrettet gradient over spunsen ikke har hydraulisk indflydelse på pilotområderne. Såfremt en af disse boringer ligger for tæt på, må den slukkes i projektperioden. Det forudsættes ligeledes, at evt. andre pilotprojekter ikke forstyrrer den lokale strømningsretning i projektperioden.

Opbygning af et pilotområde ses i figuren.

Figur 6-1  Opbygning af et pilotområde

Injektions- og afværgeboringerne filtersættes over hele det øvre magasin. Hver moniteringsboring består af 3 separate rør med ½ m filter. Disse filtre fordeles jævn ned i gennem magasinet for at belyse vertikale forskelle under demonstrationen. Der sættes 3 ekstra moniteringsboringer i retninger væk fra pumpeboringen til kontrol af, at det injicerede lud ikke strømmer i en forkert retning. Disse moniteringsboringer består af et enkelt langt filter.

Som det ses, er der kun 4 meter mellem injektionsboringen og oppumpningsboringen. Det er en mindre afstand end der påregnes i fuldskala, men er gjort bevist for at sikre resultater indenfor et kortere tidsinterval.

Til det endelige fuldskala anlæg kan der være behov for et stort antal boringer måske i størrelsesorden af 200 injektionsboringer og 200 oppumpningsboringer. Det ønskes derfor at teste to boremetoder, spuleboringer og snegleboringer, henholdsvis en billig og en dyr boremetode.

Spuleboringen er økonomisk attraktiv. Borerøret føres til den ønskede dybde med vandtryk påført gennem en slange indvendig i det nedspulede rør. Fordelene er at det er billigt, kun rør og arbejdsløn, samt en højtryksspuler. Der kan laves ca. 5 boringer i timen til ca. 7-8 meters dybde. En anden fordel er, at der ikke skal køre maskiner ind på membranen. Desuden er der en meget lille sedimentmængde, der kommer op. Under arbejdet, undersøges hvor lidt vand man kan nøjes med at bruge. Ulempen er en manglende geologisk beskrivelse og arbejdsmiljømæssigt skal de personer, der udføre borearbejdet sikres mod materialet som trykkes op udvendigt på røret. Risiko for at perforere det indskudte lerlag (denne risiko kan minimeres ved at vælge et forsøgsområde hvor det indskudte lerlag er veludviklet)

Snegleboring er væsentlig dyrere, ca. 1.000 kr. pr. boremeter, og højst 5-7 boringer til 7-8 meters dybde pr. dag. Boremetoden giver mulighed for udtagning af jordprøver, hvilket gøres i 5 boringer og 3 dybde, dvs. 15 prøver i alt. Den kræver en borerig (kan evt. være en minirig), der skal betjenes af 2 personer (kan muligvis nøjes med 1 person). Der er mere opboret sediment, der skal håndteres ved denne metode. Der er risiko for at sandet løber af sneglen ved anvendelse under grundvand, hvorved det kan være nødvendigt at anvende borerør og sandspand. Sneglen giver mulighed for bedre prøver og kontaktmulighederne med sedimentet er mindre, men kræver dog fortsat de påbudte værnemidler. Metoden kræver gruskastning men ikke anvendelse af forsegling.

Som tidligere nævnt indrettes 2 testområder på grunden hvor spuleboremetoden anvendes på den ene testlokalitet og snegleboremetoden på den anden testlokalitet, for derved at kunne teste boremetodernes anvendelighed. Som skitseret på figuren består et testområde af en injektionsboring filtersat i hele det grundvandsførende lag over det indskudte lerlag, ca. 7 – 8m dyb, en pumpeboring, filtersat på samme vis, samt 7 observationspunkter fordelt som vist på figuren og med ca. en meters mellemrum. Hvert observationspunkt består af 3 separat filtersatte boringer med hver 0,5 meter filter, filtersat således at de 3 meter vandsøjle der er i det øvre sekundære magasin, er dækket af et øvre -, et mellem - og et nedre filter. I alt består et pilotområde af 26 filtersatte 32 mm boringer.

Erfaringer fra de 2 boremetoder noteres og der opstilles en række fordele og ulemper med metoderne med speciel vægt på arbejdsmiljø, tidsforbrug og pris.

Det opborede jord ved sneglemetoden bortskaffes til modtagestation.

6.1.3 Kortlægning af hydrauliske ledningsevne

Magasinets hydrauliske egenskaber er meget centrale i forbindelse med en langsom oppumpning. Da det nuværende viden om den hydrauliske ledningsevne i de øvre og nedre magasiner er begrænset, udføres et stort antal slugtests i eksisterende og nye boringer. Slugtests laves både i det øvre og det nedre magasin. Værdierne kan anvendes til dimensionering af et fuldskala anlæg i forbindelse med det hydrauliske modelværktøj.

Mere viden om magasinernes hydrauliske egenskaber opnås i forbindelse med et større projekt, der udføres af Aarhus Universitet i samarbejde med Cheminova og Ringkjøbing Amt. Der holdes tæt kontakt til denne gruppe for at sikre en god udnyttelse af den viden, der udspringer fra dette projekt.

6.1.4 Kortlægning af pH og bestemmelse af jordens bufferkapacitet

En central parametre ved basisk hydrolyse er pH-værdien i grundvandet. Denne værdi er vigtig i forbindelse med dimensionering af den nødvendige ludmængde, men også som en driftsparameter til at bestemme om den aktuelle ludmængde har været tilstrækkelig og er blevet fordelt i magasinerne. Derfor kortlægges pH-værdien ved depotet i eksisterende og nye boringer.

De 15 jordprøver udtaget i forbindelse med snegleboremetoden titreres til pH=12 for at fastlægge jordens bufferkapacitet. Eventuelle uforurenede prøver opbevares i en måned, hvorefter pH kontrolleres for at se om der sker en langsom neutralisering af den tilsatte base over tid.

6.1.5 Injicering af natronlud og vand

Natronlud leveres f.eks. i én palletank med 1.000 liter pr. testområde. Der anvendes en styrke på 27 % natronlud. Palletankene placeres ved siden af de 2 injektionsboringer. Injektionen skal efterligne den fremgangsmåde og mængde, der påregnes anvendt i fuldskala.

Ludmængde beregnes på basis af en antagelse om, at pH-værdien hæves til 11 i et 2 m bredt bånd fra injektionsboringen til oppumpningsboringen, der ligger 4 m væk. Forudsat at der er tale om 3 m vandsøjle over det indskudte lerlag fås en rumfang på 27 m³, svarende til 60 tons jord. Ludmængden til forsøget beregnes som følger under antagelse af anvendelse af 27 % lud:

For at tage højde for usikkerheden omkring rumfanget af det område luden gennemstrømmer, planlægges anvendt en hel palletank på 1m³ lud.

Efter injicering af lud, injiceres vand for at sprede lud ud i formationen inden oppumpning påbegyndes. Der injiceres 2 m³ vand, svarende til porevolumenet i en 1 m³ cylinder med radius 1 m ved injektionsboringen. Da 27 % natronlud har en densitet på 1,3 kg/l, vil der være en tendens til at den spreder sig ved densitetsstrømning på det indskudte lerlag. Dette anses som en fordel, da det er her, hvor meget af forureningen ligger. Det formodes dog, at diffusion og injicering af vand efter luden vil formindske denne effekt.

6.1.6 Afprøvning af pumpetyper og oppumpning

Der oppumpes fra oppumpningsboringen med et flow, der er dobbelt så stort(fx 40 liter/time) som der påregnes i fuldskala. Dette gøres for at sikre resultater indenfor et kortere tidsinterval end der vil være til rådighed ved fuldskala oprensning.

Det understreges, at denne vandmængde er helt anderledes, end det man normalt ser. For at anskueliggøre mængden sammenlignes forskellige flow i nedenstående tabel. Som det ses af tabellen er flowet i størrelsesorden som en utæt vandhane eller toilet.

Tabel 6.1 Anskueliggørelse af mulig ydelse ved metoden langsom oppumpning.

Med dette lille flow er valg af pumpetype vigtig. Det er tydeligvis ikke muligt, at anvende en almindelig dykpumpe – heller ikke en lille camping (Whale) pumpe. Under pilotforsøget vurderes forskellige pumpetyper og der afprøves 2 forskellige, én til hver af de 2 pilotceller. Hermed opnås driftserfaringer med forskellige typer således, at der er et bedre grundlag at vælge pumpetype til fuldskalaanlægget. Pumperne kan vælges ud fra følgende typer:

1. central vakuumpumpe: svarer til et sugespidsanlæg. Kræver dog ventiler på hver streng for at sikre en jævn oppumpning fra de forskellige boringer.
2. peristaltisk (valse): fås i udgaver med mange kanaler på én pumpe og har en god løftehøjde (op til 9 meter), men dyrt og kan kræve vedligeholdelse i form af slangeskift
3. montejus (lufttryk): billigt og kan bygges efter mål i Danmark, men kræver trykluftsbeholder(e).
4. stempelpumpe: meget driftssikker, men dyrt og har ringere løftehøjde (ca. 4½ m)
5. centrifugalpumpe: billigt.

Det oppumpede vand ledes til vandbehandlingsanlægget i kulhuset.

6.1.7 Monitering under oppumpning

Der moniteres pH-værdien i moniteringsboringer én gang om ugen indtil formen af gennembrudskurven i oppumpningsboringen er fastlagt. Der holdes regnskab over det oppumpede vandmængder.

På grund af den langsomme oppumpning kan man ikke forvente at kunne se vandspejlsændringer på grund af oppumpningen. Der skal alligevel udføres pejlinger for at belyse eventuelle trykforskelle mellem øvre og nedre magasiner og evt. indflydelse fra spunslækage og de boringer, der holder vandspejlet sænket indenfor spunsen.

Der udtages vandprøver fra oppumpningsboringen og udvalgte moniteringsfiltre til kemisk analyse af færdigvarer og nedbrydningsprodukter ca. hver anden moniteringsrunde. Det forudsættes, at analyserne kan udføres på Cheminovas laboratorium.

6.1.8 Vurderinger og afrapportering

Der udføres vurdering af de opnåede resultater og hvilken betydning det har for en evt. fuldskala oprensning.

En foreløbig disposition for rapporten vises nedenfor. Det foreslås, at rapporternes indholdsfortegnelse drøftes med Miljøstyrelsen og Ringkjøbing Amt ved det første styregruppemøde.

1. Indledning

2. Udførte aktiviteter

3. Modelresultater

4. Felt og laboratorieresultater

5. Vurdering af metoden

6. Konklusioner og perspektiver

7. Referencer

I det følgende angives projektorganisation (herunder oplysninger om styregruppen, Watertech og DGE) samt bemandingen af opgaven.

6.2 Tidsplan

Den overordnede plan er som følger:

• Modellering og planlægning: projektuge 1-4
• Udførelse af boringer: projektuge 5-6
• Injektion: projektuge 7
• Oppumpning og monitering: projektuge 8-20
• Vurdering og rapportering: projektuge 21-25

De enkelte aktiviteter fremgår af tidsplanen. Som det ses, påregnes at projektet gennemføres over en periode på ca. 6 måneder.

Tabel 6-1 Tidsplan.

6.3 Økonomisk overslag

Et budgetoverslag for opgavens løsning er opstillet i

Tabel 6-2. Alle tal er 2006 priser og eksklusiv moms.

Tabel 6-2 Budget for opgavens løsning. Alle beløb er ekskl. moms.

Priserne forudsætter, at Cheminova udfører kemiske analyser og pH-titreringer. Udgifter til boreentreprenøren er skønnet på basis af erfaringer fra tidligere arbejde på grunden. Den endelige pris fastsættes på baggrund af indhentede tilbud på det aktuelle arbejde.

Det understreges, at den valgte fremgangsmåde til denne demonstration medfører, at der ikke er behov for at lave en spuns til afgrænsning af pilotområde. Hermed indebærer demonstrationen en betydelig besparelse.

Demonstrationen er tilrettelagt med henblik på at opnå et solidt grundlag til dimensionering af et fuldskalaanlæg. Pilotforsøgets omfang og ambitionsniveau vurderes umiddelbart at have et passende forhold til det kommende arbejde på grunden.

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

Version 1.0 September 2007, © Miljøstyrelsen.