|
Monitering af PCE-afværge ved kemisk oxidation (permanganat) i moræneler - Hovedrapport 8 Sammenfattende diskussion og erfaringer
Sammenfattende har moniteringsresultaterne, laboratorium- og modelleringsarbejdet givet en forbedret forståelse for, hvordan de reaktionskemiske og hydrologiske delprocesser i afværgen har foregået, herunder omsætningen af PCE og kaliumpermanganat samt distributionen af samme. I afsnit 8.1 præsenteres en konceptuel model af afværgeforanstaltningerne på Dalumvej 34B, og i de efterfølgende afsnit diskuteres temaer, som er relevante i forhold til en fremtidig anvendelse af kemisk oxidation som afværgestrategi. Diskussionen af disse afsnit tager udgangspunkt i erfaringerne fra Dalumvej 34B, hvor geologien består af moræneler med sandslirer og sandede horisonter. På andre mere højpermeable lokaliteter vil andre forhold være gældende, og det forventeligt vil være muligt at opnå en bedre distribution af oxidationsmiddel og en bedre oprensningseffekt. 8.1 Konceptuel model for afværgeforanstaltningerPå baggrund af det foreliggende dokumentationsmateriale og de erfaringer, som er fremkommet i forbindelse med moniteringen, laboratoriearbejdet /ref. 30/ og modelleringsarbejdet /ref. 31/, er det nu muligt at beskrive, hvordan distributionen og omsætningen af oxidationsmiddel, og den tilhørende oxidation af PCE, reelt har foregået i jord- og grundvandsmiljøet på Dalumvej 34B, Odense. Geologien, forureningsforholdene og distributionen af oxidationsmiddel under driften af afværgeforanstaltningerne er præsenteret i form af en konceptuel model i figur 8.1. Den konceptuelle model er gengivet efter /ref. 30/. På kortfattet form kommenteres herunder, hvad der foregår ved de forskellige tidspunkter A-F. A. PCE-forureningen på Dalumvej 34B har spredt sig vertikalt fra terræn til en dybde på op til 10 m u.t. PCE-forureningen forekommer i jordmatricen og i grundvandet, hvor den har spredt sig ved advektiv transport i sandslirer og sandede horisonter. Fra sandslirer og sandede horisonter har PCE-forureningen endvidere spredt sig ved diffiusiv transport ind i lermatricen (på begge sider af sandslirerne). PCE-forureningen forekommer i både den oxiderede (forvitrede) zone af jorden og den reducerede (uforvitrede) zone af jorden. B. Kaliumpermanganat er installeret i indbygningsområdet på Dalumvej 34B til en dybde af 7-10 m u.t. Der sker en yderligere opløsning af kaliumpermanganaten i det terrænnære grundvand, og der sker en vertikal distribution i indbygningsområdet som følge af infiltrerende regnvand og en densitetseffekt, grundet massefylden for opløst kaliumpermanganat. C. Kaliumpermanganaten spredes med det naturlige grundvandsflow i sandslirerne og de sandede horisonter. Spredningen af kaliumpermanganat sker ved advektiv transport og styres af den hydrauliske ledningsevne og de hydrauliske gradienter. Som følge af lokale variationer i de hydrauliske parametre (oprindelige variationer og variationer skabt som følge af opboringen af jord og tilbagefyldningen af genindbygningsmaterialerne) vil der forekomme variationer af kaliumpermanganatkoncentrationen. Samtidig med spredningen af kaliumpermanganat sker der en reaktion mellem PCE og kaliumpermanganat, hvorved PCE oxideres. Udbredelsen af kaliumpermanganat i sandslirerne og de sandede horisonter er meget hurtig. D. I takt med udbredelen af kaliumpermanganat i sandslirerne og de sandede horisonter sker der en diffusion af kaliumpermanganat ind i lermatricen. Hvad figuren (pga. detaljeringsgraden) ikke illustrerer, er, at der vil være forskel på kaliumpermanganatindtrængningen i lermatricen i den forvitrede og uforvitrede zone af jorden. Samtidig med at kaliumpermanganat diffunderer ind i lermatricen, sker der her en omsætning af kaliumpermanganat (og PCE). En stor del af kaliumpermanganatforbruget skyldes en samtidig oxidation af lermatricens reaktive bestanddele. Der vil foregå en uddiffusion af PCE fra lermatricen, som oxideres i den udstrækning, der er kaliumpermanganat til stede. Specifikke undersøgelser har vist, at der også er mulighed for en sameksistens af PCE og kaliumpermanganat. På dette stadie ses det samtidig, at den indbyggede kaliumpermanganatmængde begynder at opbruges, og der registreres en dannelse af mangandioxid (slutprodukt fra oxidationsreaktionen), hvilket er illustreret ved brunfarvningen i figur 8.1. E. Mængden af kaliumpermanganat i indbygningsområdet er nu væsentligt reduceret som følge af opløsning og distribution samt lokal omsætning og autodestruktion. Udbredelsen af kaliumpermanganat i sandslirerne og de sandede horisonter begynder således at aftage, da der ikke tilføres yderligere oxidationsmiddel. Dette bevirker en mindsket omsætning af PCE, og uddiffusionen af PCE fra den indre del af lermatricen bevirker, at PCE-koncentrationen tiltager i sandslirerne og de sandede horisonter. F. Mængden af kaliumpermanganat i indbygningsområdet er nu opbrugt og kaliumpermanganat forekommer ligeledes ikke i sandslirerne og de sandede horisonter. På dette tidspunkt vil den fortsatte uddiffusionen af PCE fra den indre del af lermatricen til sandslirerne og de sandede horisonter bevirke, at disse igen fremstår som forurenede. Koncentrationen af PCE i disse sandlag vil øges med tiden, men der vil have foregået en nettoomsætning af PCE. I indbygningsområdet og lokalt i det nedstrøms område vil der forekomme udfældninger med mangandioxid (brunfarvning), som indikerer, at der har foregået omsætning af kaliumpermanganat. Figur 8.1: Konceptuel model for oprensning af PCE i moræneler med sandlinser. 8.2 Distribution af oxidationsmiddelPå Dalumvej 34B blev det set, at distributionen af oxidationsmiddel i sandlinserne foregik med en spredningshastighed, som var ca. 5 gange større end forventet. Dette gav anledning til væsentligt hurtigere og væsentlig mere udbredt spredning end forventet. Årsagen til den øgede spredning blev sammenkædet med ændringer af strømningsforholdene, herunder (jf. afsnit 5.2.2.3):
På baggrund af den initielle meget udbredte spredning af oxidationsmiddel blev der gjort overvejelser omkring et beredskab til afværge af en utilsigtet spredning af oxidationsmiddel (se også afsnit 8.5). Efter den initielle meget udbredte spredning af kaliumpermanganat blev der på Dalumvej 34B registreret en mindre udbredelse af oxidationsmiddel end forventet. Et år efter opstart af afværgeforanstaltningerne resterede der i genindbygningsområdet en begrænset kaliumpermanganatmængde, og nedstrøms herfor udgjorde udbredelsen af kaliumpermanganat kun en smal fane. Årsagerne til den reducerede udbredelse kunne være (jf. afsnit 5.2.2.3):
Som det fremgår af afsnit 5.3.4 og /ref. 30/, vurderes indbygningen af kaliumpermanganat på fast form - og den derved opnåede høje initielle koncentration af kaliumpermanganat – at have givet anledning til autodestruktion. Derved er en del af den indbyggede oxidationskapacitet gået tabt. Af denne årsag anbefales det ikke at projektere en fremtidig afværge med kaliumpermanganatoxidation med indbygning af kaliumpermanganat på fast form (vedrørende fremtidig dosering af kaliumpermanganat henvises til afsnit 8.5). Resultater fra /ref. 30/ påpeger også, at forbruget af oxidationsmiddel øges ved en øget koncentration af det tilførte oxidationsmiddel. På baggrund af dette resultat og den høje initielle koncentration af kaliumpermanganat har forbruget af oxidationsmiddel givetvis været større end ”nødvendigt”. Endelig skal det anføres, at risikoen forbundet med en utilsigtet spredning af oxidationsmiddel og behovet for et tilhørende beredskab øges som følge af den høje initielle koncentration af kaliumpermanganat. I forhold til distributionen af oxidationsmiddel, skal det bemærkes, at diffusionen af kaliumpermanganat ind i lermatricen var undersøgt ved forundersøgelser (jf. afsnit 3.4.3) og efterfølgende ved udtagning af intakte jordkerner (jf. afsnit 5.3.4). Resultaterne af forundersøgelser indikerede en forventet indtrængning af kaliumpermanganat på ca. 20 cm pr. år, hvilket blev vurderet til reelt at kunne give en årlig indtrængning på ca. 10 cm (indtrængningen ved diffusionen aftager over tid) og en maksimal indtrængning på i størrelsesordenen 20 cm. For de udtagne jordkerner blev indtrængningen af kaliumpermanganat efterfølgende vurderet til at have været 15 cm i den forvitrede zone og 2-3 cm i den uforvitrede zone. Indtrængningen i den forvitrede zone svarede omtrent til forventningerne. På det foreliggende grundlag kan der ikke redegøres for forskellen mellem indtrængningen i de to zoner, særligt ikke da forbruget af oxidationsmiddel (kaliumpermanganat) til oxidation af jordens reaktive bestanddele (NOD) er relativt enst i de to zoner. 8.3 MoniteringsparametreMed henblik på at følge udbredelsen af oxidationsmiddel og belyse oprensningseffekten har moniteringen omfattet pejling af trykniveau, måling af ledningsevne samt prøvetagning af grundvand til bestemmelse af indholdet af kaliumpermanganat, klorid, klorerede opløsningsmidler, klorerede nedbrydningsprodukter og chromVI. Endvidere er der foretaget kontrol for eventuelle sætninger, som følge af oxidation af jordens reaktive bestanddele. Den gennemførte monitering har vist:
Ovennævnte konklusioner vedrørende ledningsevnemålinger og kloridanalyser knytter sig til erfaringerne fra dette projekt, hvor en uensartet geologi, vejsaltning mv. har resulteret i så komplekse forhold, at ledningsevne- og klorid-data ikke kan fortolkes. Det forventes, at tilsvarende vanskeligheder med datafortolkning ikke vil gøre sig gældende i mere homogene jordlag (fx sand). 8.4 OprensningseffektPå Dalumvej 34B blev der registreret en lokal omsætning af PCE i sandlinser og –slirer samt i lermatrix. Vandprøveresultater fra individuelle filtre dokumenterede aftagende PCE-koncentrationer efter eller samtidigt med tilstedeværelsen af kaliumpermanganat. Jordprøveresultater fra intakte jordkerner dokumenterede ligeledes en tidligere tilstedeværelse af kaliumpermanganat og aftagende PCE-koncentrationer. Der er således dokumentation for en oprensningseffekt i de områder, hvor kaliumpermanganat har haft kontakt med PCE-forureningen. Sammenfattende gælder det imidlertid, at PCE-omsætningen kun foregik lokalt, og uden at det havde en generel effekt på PCE-koncentrationerne i lermatrix og dermed en vedvarende effekt i de vandførende sandlinser og –slirer. PCE-omsætningen vurderes at have været begrænset af den tilførte kaliumpermanganatmængde og af uddiffusionen af PCE fra lermatricen. På Dalumvej 34B har det endvidere betydning for oprensningseffekten, at der mod forventning forgik forureningstilførsel fra det nye kildeområde på ejendommens nordvestlige del. På baggrund af modelsimuleringerne med de lokalitetsspecifikke parametre fra Dalumvej 34B vurderes det, at en fortsat afværgedrift med tilførsel af permanganat over en periode på 10-20 år ikke vil føre til en omsætning af den samlede PCE-mængde i lermatricen. Uddiffusionen af PCE fra lermatricen vil være en begrænsende faktor, og ifølge modelsimuleringerne vil den bevirke, at effekten af afværgedriften (målt i en sandslire 30 meter nedstrøms permanganatinjektionen) efter en periode på 50 år ikke vil være væsentlig forskellig fra en situation uden afværge. Så længe afværgen pågår, kan kemisk oxidation imidlertid effektivt anvendes til at kontrollere udvaskningen af PCE fra lokaliteten. I moræneleraflejringer, hvor der godt nok sker omsætning af forurening (massefjernelse), men hvor reaktionsbetingelserne (bl.a. reaktionszone og tilbagediffusion) bevirker, at forureningen i den indre del af lermatricen ikke kan fjernes, må det derfor overvejes, om kemisk oxidation med permanganat bør karakteriseres som en afskærende foranstaltning, hvis primære effekt er at reducere forureningsudvaskningen (fluxen) fra behandlingsområdet. I forhold til design af en fremtidig afværgestrategi med anvendelse af kemisk oxidation i moræneler med præferentiel strømning i sandslirer har modelsimuleringerne vist, at:
Som angivet først vil en reduktion af afstanden mellem sandslirerne, hvori distributionen af kaliumpermanganat og omsætningen af PCE foregår, forbedre oprensningsffekten. Det skal således bemærkes, at en forudgående frakturering forventeligt vil have en væsentlig effekt ved anvendelse af permanganatoxidation i lavpermeable aflejringer med præferentiel strømning. En frakturering, der fører til en sprækkeafstand på mindre end 20 cm, kan dog være vanskelig at gennemføre med de i dag anvendte metoder. 8.5 Projektering af fremtidig afværgeSom følge af risikoen for autodestruktion af kaliumpermanganat anbefales det ved en fremtidig afværge med kaliumpermanganat ikke at tilføre oxidationsmiddel på fast form (se også afsnit 8.2). I stedet anbefales det at tilføre oxidationsmiddel på opløst form, hvor der anvendes koncentrationer på 1.000-5.000 mg/l. Af hensyn til at tilgodese en jævn og regelmæssig distribution af oxidationsmidlet, anbefales det endvidere, at tilførslen sker som en pulsdosering med en passende hyppighed (eksempelvis kontinuert dosering i over en periode på en måned efterfulgt af 3 måneder uden dosering). Disse anbefalinger fremkommer også på baggrund af det koncentrationsafhængige forbrug af oxidationsmiddel, som er dokumenteret i /ref. 30/ (jf. afsnit 3.4.1). I tilknytning til opgørelse af oxidationsmiddelforbruget ved projektering anfører M&R, DTU, at forbruget af oxidationsmiddel for lerjord bestemt ved laboratorieforsøg ikke entydigt kan overføres til felten /ref. 30/. Det skyldes, at kontakten mellem lerjorden og oxidationsmidlet i felten ikke nødvendigvis er optimal. Diffusionsprocessen af oxidationsmidlet ind i leren vil eksempelvis reducere forbruget. Således vurderer M&R, DTU, at laboratorieforsøg forventeligt vil angive en øvre værdi for oxidationsmiddelforbruget i lerjord. Til udarbejdelse af bl.a. projektforslag foreslår /ref. 30/, at oxidationsmiddelforbruget bedømmes ud fra erfaringstal. Ud fra det gennemførte laboratoriearbejde foreslås det, at benytte en værdi for oxidationsmiddelforbruget på 10-20 g MnO4-/kg jord (NOD) og injektionskoncentrationer på 1.000-5.000 mg MnO4-/l. I forbindelse med projekteringen af fremtidige afværgeforanstaltninger, der benytter kaliumpermanganat, anbefales det, at udarbejde en risikovurdering i forhold til anvendelsen af dette oxidationsmiddel. For projektet på Dalumvej 34B medførte den hurtige spredning af oxidationsmiddel, at der kom fornyet fokus på risikoen for utilsigtet spredning af oxidationsmiddel. Denne risiko påviste et behov for et beredskab til at hindre en utilsigtet spredning af oxidationsmiddel. En af de erfaringer, der bør videregives fra dette projekt, er, at risici ved anvendelsen af kaliumpermanganat bør belyses grundigt, og at et beredskab til afværge af en utilsigtet spredning af oxidationsmiddel bør overvejes som en del af projekteringen. 8.6 PerspektiveringPå baggrund af erfaringerne fra den gennemførte monitering, laboratorie- og modelleringsarbejdet vurderes en anvendelse af kemisk oxidation med permanganat i lavpermeable aflejringer med præferentiel strømning i sandlinser og –slirer at have en begrænset oprensningseffekt. En fremtidig anvendelse i sådanne aflejringer vil effektivt kunne tjene til at kontrollere/reducere udvaskningen af PCE fra en given lokalitet. Ud fra denne anvendelsesmulighed karakteriseres permanganatoxidation i lavpermeable aflejringer bedst som en afskærende afværgeforanstaltning. Andre projekter dokumenterer imidlertid, at permanganatoxidation med succes kan anvendes i permeable aflejringer /ref. 28/. På denne baggrund vurderes det største potentiale for anvendelsen af permanganatoxidation at forekomme på forurenede lokaliteter med overvejende permeable forhold.
|