Sammenfatning

Model assessment of reductive dechlorination as a remediation technology for contaminant sources in fractured clay: Modeling tool

Formålet med nærværende projekt er at opnå en bedre forståelse af anaerob reduktiv deklorering i opsprækket moræneler. Processerne i et sådant system skal derfor identificeres og karakteriseres. Endvidere ønskes der kendskab til oprensningstiden, for en oprensning med anaerob reduktiv deklorering, i moræneler. En model er opsat for transport og anaerob reduktiv deklorering af TCE i opsprækket moræneler. I modellen inddrages tilbagediffusion af forureningsstofferne fra matrix til sprækkerne, hvor forureningsstofferne transporteres ved advektion/dispersion. Modellen fokuserer på den vertikale transport af TCE fra et kildeområde i moræneler til en underliggende vandførende akvifer, hvorfor kun vertikale sprækker inddrages. Da et scenarie lang tid efter spildet betragtes, antages det, at der kun findes opløst TCE. For bedre at karakterisere de styrende processer i systemet, er nedbrydning og transport først modelleret separat i to ”del-modeller”.

Den første model er en matematisk model, der beskriver den anaerobe reduktive deklorering baseret på Monod kinetik og konkurrerende inhibering mellem klorerede opløsningsmidler og vækst og nedbrydning af to deklorerende kulturer. Adskillige processer, så som begrænset tilstedeværelse af substrat eller fermetering, er ikke inddraget for at simplificere modellen og for at reducere antallet af inputparametre. Modellen er kalibreret og verificeret ud fra to microkosmos laboratorieforsøg. De mest sensitive parametre er tilpasset det ene sæt eksperimentelt data, og modellen er valideret ud fra det andet. Ud fra tilpasningen blev et sæt parametre fundet, der kunne simulere den sekventielle anaerobe reduktive deklorering af TCE til ethen.

Den anden model er en simpel model, der beskriver den diffusive transport, samt sorption i lermatricen. Modellen er testet mod kerneprøvedata fra en feltlokalitet, hvor anaerob reduktiv deklorering var øget ved injektion af både bakterier og elektrondonor. Et typisk diffusionsprofil fra matrix til sprækken er observeret, samt en reaktionszone begrænset til overgangen mellem matrix og sprække. Dette indikerer at deklorering finder sted både i sprækken og matricen.

De to “del-modeller” er sat sammen til den primære numeriske model af et én sprække lermatricesystem. I denne model er det antaget, at netværket af vertikale sprækker har en opbygning, så systemet kan beskrives ved en halv matrix/ halv sprække. Transportligningerne beskriver diffusion/sorption i 2D matricen og advektion/dispersion i 1D-frakturen. Da den hydrauliske ledningsevne af lermetricen antages at være meget lav, er advektiv transport i dette medie ikke taget i betragtning.

Fire forskellige nedbrydningsscenarier er betragtet: ingen nedbrydning, kun nedbrydning i sprækken, nedbrydning i sprækken og reaktionszonen og nedbrydning i hele systemet. Modelresultaterne fra de to første scenarier er forholdsvis ens, da opholdstiden i sprækken er mindre end nedbrydningstiden. I modsætning hertil reduceres forureningsfluxen hurtigere når nedbrydning i matricen inddrages. Herved mindskes oprensningstiden (tiden det tager at fjerne 90% af den initielle masse) også væsentligt (fra 200 år uden nedbrydning til 120 år med nedbrydning i reaktionszonen og 60 med nedbrydning i hele systemet).

Sensitivitetsanalysen af modellen viser at matrixporøsiteten, sorptionskoefficienten, infiltration og sprækkeafstanden er de mest sensitive parameter. Modellen er ikke sensitiv i forhold til sprække apertur og den longitudinale dispersivitet i sprækken. Endvidere er en maksimal forureningsflux observeret lang tid efter opstarten af oprensningen, når nedbrydning i matricen inddrages. Dette kan forklares ved at DCE og VC har en højere diffusionskoefficient og lavere sorptionskorfficient end TCE, hvorfor transporten af nedbrydningsprodukterne fra matricen til sprækken er hurtigere.

Den simulerede forureningsflux fra dette én sprække lermatricesystem kan benyttes som input til en simpel 2D model over et tværsnit af den underliggende akvifer for at undersøge påvirkningen af grundvandet.