Sammenfatning og konklusioner

Monitering af PCE-afværge ved kemisk oxidation (permanganat) i moræneler - Hovedrapport

I 2001 blev der iværksat afværgeforanstaltninger overfor en forurening med tetraklorethylen (PCE) på Dalumvej 34B, Odense SV. Forureningen, som var forårsaget af spild og udslip fra renseridriften på ejendommen, havde spredt sig til de øverste 10 meter af morænelersaflejringerne og i grundvandet nedstrøms ejendommen. Afværgeforanstaltningerne omfattede opboring af forurenet jord i kildeområdet og efterfølgende kemisk oxidation med kaliumpermanganat.

De samlede afværgeforanstaltninger blev gennemført for Fyns Amt, og dele af moniteringen blev gennemført under Miljøstyrelsens Teknologiprogram for jord- og grundvandsforurening. Afværgeforanstaltningerne blev udført af et konsortium bestående af Hedeselskabet Miljø og Energi as (nuværende Orbicon A/S) og NIRAS A/S.

Formålet med afværgeværgeforanstaltningerne var at reducere forureningen i kildeområdet, og dermed nedbringe potentialet for fremtidig forureningsspredning til poreluft og grundvand. Formålet med delprojektet i regi af Miljøstyrelsens Teknologiprogram for jord- og grundvandsforurening var at indsamle erfaringer omkring moniteringsindsatsen ved kemisk oxidation med permanganat.

Med afsæt i forureningssituationen og afværgeforanstaltningerne på Dalumvej 34B, Odense SV har Miljø & Ressourcer ved Danmarks Tekniske Universitet belyst spredningsegenskaberne for og effekten af permanganatoxidation af PCE i medier med præferentiel strømning. Endvidere har Orbicon A/S lavet modelsimuleringer af PCE-oprensning ved kemisk oxidation i moræneler.

Det er hensigten med denne rapport at formidle de væsentligste erfaringer fra det samlede arbejde med tilknytning til de gennemførte afværgeforanstaltninger på Dalumvej 34B, Odense SV.

Afværgestrategi og etablerede afværgeforanstaltninger

Efter en opboring af forurenet jord i kildeområdet blev borehullerne tilbagefyldt med en blanding af sand, grus, vand og kaliumpermanganat. Der blev tilført en samlet kaliumpermanganagmængde på ca. 12 ton (fast form). Dette gav anledning til en meget høj initial KMnO₄-koncentration (>30.000 mg/l). Efter tilbagefyldningen blev kaliumpermanganat spredt med det naturlige grundvandsflow i sandslirerne og de sandede horisonter i moræneleren. Fra de højpermeable sandlag diffunderede kaliumpermanganaten ind i lermatricen i begrænset omfang. Som en del af afværgeforanstaltningerne blev der omkring kildeområdet etableret injektionsfiltre og et doseringssystem, som muliggjorde en efterfølgende injektion af vand og/eller opløst oxidationsmiddel. Doseringssystemet blev, med tilfredsstillende resultat, funktionsafprøvet med injektion af vand, men injektion af opløst oxidationsmiddel blev aldrig gennemført.

Moniteringsprogram

Med henblik på at følge udbredelsen af oxidationsmiddel og belyse oprensningseffekten ved anvendelse af kemisk oxidation med kaliumpermanganat blev der opstillet et moniteringsprogram, der omfattede pejling af trykniveau, måling af ledningsevne samt vandprøvetagning til bestemmelse af grundvandets indhold af kaliumpermanganat, klorid, klorerede opløsningsmidler, klorerede nedbrydningsprodukter og chrom^VI.

Moniteringsprogrammet omfattede 27 moniteringsboringer (82 filtre), 5 storformatboringer (i kilde-/tilbagefyldningsområdet) og et nærliggende vandløb. 9 af de 27 moniteringsboringer blev etableret med filtersætning i 5-7 niveauer (multi level boringer), hvilket muliggjorde prøvetagning fra forskellige vandførende horisonter.

Til kontrol for eventuelle sætninger, som følge af oxidation af jordens reaktive bestanddele, omfattede moniteringsprogrammet også kontrolnivellementer til 25 nyetablerede fixpunkter.

Moniteringsprogrammet blev opstartet i januar 2003, svarende til ca. 3 måneder efter installationen af kaliumpermanganat, og fortsatte frem til februar 2005 (28 måneder efter installationen af kaliumpermanganat).

Distribution af oxidationsmiddel

Allerede ved den første moniteringsrunde (januar 2003) blev det registreret, at distributionen af oxidationsmiddel i sandlagene foregik væsentlig hurtigere og væsentlig mere udbredt end forventet. Den øgede distribution kunne forklares ud fra ændringer af strømningsforholdene, herunder:

Høj hydraulisk ledningsevne i sandlagene.
Suge-effekt ved opboringen af materiale i storformatboringer.
Densitetseffekt på strømningen af vand med opløst permanganat i forhold til grundvand uden permanganat.
Hævning af vandspejl ved tilførsel af vand til storformatboringer (v/ indkøring af doseringssystem).

Overordnet var kaliumpermanganat distribueret i sandlagene i et forholdsvis stort område (ca. 600 m²), og tættest på tilbagefyldningsområdet kunne det registreres i flere forskellige vandførende horisonter.

Efter den indledningsvist meget udbredte distribution af kaliumpermanganat blev der efterfølgende, mod forventning, registreret en markant aftagende distribution af oxidationsmidlet. Et år efter installation af kaliumpermanganat resterede der i tilbagefyldningsområdet kun en begrænset mængde, og nedstrøms herfor udgjorde udbredelsen af kaliumpermanganat kun smal fane. Den reducerede distribution kunne eksempelvis forklares ud fra:

Initiel hurtig og omfattende distribution af oxidationsmiddel og følgende omsætning.
Større kaliumpermanganatforbrug til omsætning af PCE og jordens reaktive bestanddele.
Autodestruktion af kaliumpermanganat.

Vedrørende distributionen af oxidationsmiddel på Dalumvej 34B har specifikke undersøgelser vist, at kaliumpermanganatindtrængningen i moræneleren (via diffusion) har været 15 cm i den forvitrede zone og 2-3 cm i den uforvitrede zone.

Endelig har vurderingen af KMnO₄-distributionen, herunder risikoen for utilsigtet spredning, påpeget vigtigheden af at vurdere de risici, der er forbundet med anvendelsen af kaliumpermanganat. Dette har endvidere identificeret behov for et beredskab i forhold til utilsigtet spredning af kaliumpermanganat.

Oprensningseffekt

På Dalumvej 34B blev der dokumenteret en lokal omsætning af PCE i jord (lermatricen) og grundvand (vandførende sandlag). Omsætningen, som tydeligst blev påvist i de nedstrøms moniteringsboringer, blev sammenkædet med en aktuel eller tidligere tilstedeværelse af kaliumpermanganat. Overordnet har afværgeforanstaltningerne dog ikke ført til en oprensning af ejendommen.

I tilknytning til afværgeforanstaltningerne vurderes PCE-omsætningen at have været begrænset af den tilførte kaliumpermanganatmængde og af tilbagediffusionen af PCE fra lermatricen.

I vurdering af oprensningseffekten spiller det desuden ind, at der mod forventning forgik forureningstilførsel fra et nyt kildeområde på ejendommens nordvestlige del.

På baggrund af modelsimuleringer med lokalitetsspecifikke parametre fra Dalumvej 34B blev det vurderet, 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. Tilbagediffusionen af PCE fra lermatricen vil være en begrænsende faktor, og den vil bevirke at effekten af en fortsat afværgedrift ikke vil adskille sig væsentligt fra en situation uden afværge.

De udførte modelsimuleringer - for anvendelse af kemisk oxidation i moræneler med præferentiel strømning i sandslirer - har vist, at afstanden imellem sandslirerne er den parameter, som har størst indflydelse på, hvilken massefjernelse (oprensning) der kan opnås. For en effektfuld oprensning skal afstanden mellem sandslirerne være mindre end ca. 20 cm. Modelsimuleringerne har endvidere vist, at den nedstrøms forureningskoncentrationen kan reduceres ved at øge vandgennemstrømningen i sandslirene, ved at øge tilsætningen af permanganat eller ved at mindske afstanden mellem injektionspunkterne.

Fremtidig anvendelse af kemisk oxidation med permanganat

Ved en fremtidig anvendelse af kemisk oxidation med permanganat anbefales det ikke at tilføre oxidationsmiddel på fast form. Alternativt anbefales det at tilføre opløst permanganat i koncentrationer på 1.000-5.000 mg/l. Det anbefales endvidere, at tilførslen sker som en pulsdosering med en passende hyppighed. Disse anbefalinger knytter sig bl.a. til det faktum, at forbruget af oxidationsmiddel har vist sig at være koncentrationsafhængigt samt risikoen for autodestruktion af permanganat ved høje koncentrationer.

I forbindelse med fremtidige afværgeforanstaltninger, der benytter kaliumpermanganat som oxidationsmiddel, anbefales det endvidere, at udarbejde en risikovurdering i forhold til anvendelsen af dette oxidationsmiddel og samtidig overveje et beredskab til at hindre en utilsigtet spredning af kaliumpermanganaten.

I forhold til valget af moniteringsparametre har erfaringerne fra Dalumvej 34B (morænelersaflejringer med præferentiel strømning i sandslirer) påpeget:

At visuelle bedømmelser kan anvendes til en omtrentlig bestemmelse af kaliumpermanganatkoncentrationen i grundvandet.
At visuelle bedømmelser kan identificere KMnO₄-indhold over ca. 3 mg/l og skelne KMnO₄-indhold op til ca. 2.000 mg/l.
At ledningsevnemålinger ikke kan anvendes som en brugbar indikator for indholdet af kaliumpermanganat.
At kloridanalyser ikke kan anvendes som en entydig indikator for en tidligere PCE-omsætning med kaliumpermanganat.
At sammenhørende dataserier for PCE- og KMnO₄-koncentrationen er nødvendige for at kunne redegøre for afværgeforanstaltningernes effekt.
At kontrolnivellementer kan anvendes til at dokumentere, at der ikke foregår sætninger af jorden som følge af en eventuel oxidation af jordens reaktive bestanddele.

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.

Ud fra erfaringerne fra Dalumvej 34B vurderes en anvendelse af kemisk oxidation med permanganat i lavpermeable aflejringer med præferentiel strømning i sandlinser og -slirer at have en begrænset oprensningseffekt. Under afværgedriften vil kemisk oxidation være i stand til at kontrollere udvaskningen af PCE fra en sådan lokalitet, og ud fra denne betragtning vurderes det, at permanganatoxidation i lavpermeable aflejringer bør karakteriseres som en afskærende afværgeforanstaltning.

I højpermeable aflejringer peger resultater fra andre projekter imidlertid på, at permanganatoxidation kan føres til en succesfuld oprensning.