[Forside] [Indhold] [Forrige] [Næste]

4. Udenlandske erfaringer

I dette afsnit gennemgås udenlandske, især amerikanske erfaringer, der er opnået med ventilering af forurenet jord. Alle anbefalingerne er taget direkte fra det gennemgåede materiale og indeholder derfor ingen vurderinger eller diskussioner. Kapitlet er bygget op, så det er muligt at sammenligne de udenlandske erfaringer med de erfaringer, der opsamles i dette projekt. Hvis ikke andet er nævnt, bygger kapitlet på oplysningerne i /3, 4, 8/.

4.1 Lokalitetsbeskrivelse

Da ventilering af jord baseres på transport af luft gennem umættet zone, er geologiske og hydrologiske forhold af stor betydning for, om ventilering kan gennemføres, og for resultatet af oprensningen. Endvidere er et nøje kendskab til forureningens art og udbredelse nødvendig.

Kritiske faktorer
De amerikanske erfaringer viser, at de mest kritiske faktorer i forbindelse med bioventilering oftest er lav specifik permeabilitet og højt vandindhold i jorden. Begge dele medfører, at tilførslen af ilt reduceres, og nedbrydningen begrænses. Især meget lerede jorde giver problemer, men også tilfælde med siltet/sandet jord har vist sig problematiske. På den anden side har det også vist sig, at ventilering godt kan gennemføres på nogle lokaliteter med meget højt indhold af ler. Det vil derfor altid være påkrævet, at der gennemføres en undersøgelse af den specifikke permeabilitet, før ventilering sættes i værk. Der skal kunne trækkes 0,25 til 0,5 porevolumener gennem jorden per dag, før bioventilering kan gennemføres, og den specifikke permeabilitet skal helst være højere end 0,1 Darcy, men ved lavere specifikke permeabiliteter kan bioventilering være mulig, hvis de forudgående tests viser det. Tabel 4.1 angiver typiske værdier for specifikke permeabiliteter i jord. Det fremgår derfor, at der vil være størst chance for succes med bioventilering, hvis det er fint sand eller grovere materiale.

Tabel 4.1
Værdier for den specifikke permeabilitet i jord /6/.
Values of the specific permeability in soil /6/.

I praksis vil der ofte blive bestemt specifikke permeabiliteter i lerede/siltede jorder, der er højere end angivet i tabel 4.1. Det skyldes formentlig inhomogeniteten i jorden, der gør, at en del af luften bevæger sig i baner med højere specifik permeabilitet. I tilfælde, hvor den specifikke permeabilitet er mindre end 0,01 Darcy, er det sandsynligt, at luften bevæger sig i sprækker eller i tynde sandlinser, hvilket som regel vil betyde, at bioventilering ikke kan gennemføres med succes. Da ilt kan diffunderer fra de baner, hvor luften bevæger sig, og hen til forureningen, kan bioventilering måske lade sig gøre, hvis afstanden mellem banerne og forureningen er mindre end 0,6 m - 1,2 m afhængig af de lokale forhold.

Den specifikke permeabilitet vil endvidere afhænge af jordens vandindhold. Det betyder, at f.eks. fluktuationer i grundvandsspejlet og regn kan ændre permeabilitetsforholdene og dermed give varierende mulighed for ventilering. Kontrol af grundvandsspejlet ved pumpning kan i nogen tilfælde løse problemerne.

For at kunne gennemføre ventilering med succes kræves det, at forureningsudbredelsen og forureningstypen er kendt meget nøje. Hvis ikke dette er tilfældet, vil risikoen for at efterlade forurening være betydelig. Forekomsten af fri fase kan have stor betydning, f.eks. ved at nedsætte permeabiliteten, ved at ændre strømningsbanerne og i nogle tilfælde ved at hæmme nedbrydningen. Endvidere kan der være risiko for, at fri fase kan mobiliseres, især hvis der anvendes injektion af luft.

Forureningstype
Forureningstypen er afgørende for, om bioventilering og SVE kan anvendes som oprensningsmetode. For at en forurening er egnet til bioventilering, skal den være nedbrydelig under iltede forhold. Dette gælder for kulbrinter, der stammer fra olieprodukter. Det er fra denne type forureninger, at den største erfaring er samlet. Hvis SVE skal anvendes, kræves det, at forureningen er flygtig. Spørgsmålet, om en forurening skal renses ved SVE eller bioventilering, afhænger således af forholdet mellem stoffernes nedbrydelighed og flygtighed. Generelt anses stoffer med lavt damptryk (damptryk < 1,3 mbar) at skulle oprenses med bioventilering, mens stoffer med højt damptryk (damptryk > 1 mbar og Henry´s konstant > 0,01) oprenses med SVE. Det betyder, at nogle af de mest flygtige stoffer i benzin, som er på gasform ved almindelige temperaturer, kan forventes at blive ventileret bort, mens resten kan forventes at blive nedbrudt. For gasolie har alle stoffer en flygtighed, der gør, at bioventilering er egnet. Dette er tommelfingerregler. Forholdene på de enkelte steder vil være af stor betydning for, hvad der lader sig gøre.

Ved SVE anbefales det, at der gennemføres en samlet vurdering, der tager hensyn til forureningens damptryk, jordens permeabilitet og den tid, der er gået, fra spildet af forureningen skete. F.eks. skal en frisk forurening i fint sand have et damptryk på størrelse med benzen, før der er overvejende sandsynlighed for succes.

4.2 Forundersøgelser af relevans for vakuumventilering

For at kunne designe anlæg til jordventilering er det nødvendigt at kende jordens specifikke permeabilitet og påvirkningsradiusen, og for bioventilering desuden jordens aerobe respiration.

4.2.1 Respirationstest

Respirationstesten gennemføres for at bestemme raten, hvormed der forbruges O2 og dannes CO2. Når iltforbruget kendes, kan den nødvendige strømning gennem jorden bestemmes. På baggrund af erfaringerne i /3/ anbefales det fra amerikansk side, at in-situ respirationstest gennemføres mindst 4 steder på området og i en uforurenet boring i nærheden. Antallet af tests afhænger af forureningens størrelse og af, hvor homogen geologien er. Luft med 1-2% helium blæses ned i undersøgelsespunkterne i en periode over 20 timer. Herefter bestemmes indholdet af O2, CO2, kulbrinter og helium i luften over tid. Målingerne sker hver anden time de første 8 timer, herefter hver 4. til 12. time i 5 døgn, eller til iltkoncentrationen er under 5%. Der bestemmes temperatur før og efter testen.

Anvendelse af tracer
Helium anvendes som tracer for at bestemme, om ilten er brugt ved biologisk omsætning, eller om koncentrationsændringen skyldes diffusion eller utætheder i systemet.

Valg af måleparameter
Det er fundet, at det er bedre at anvende forbruget af ilt end dannelsen af CO2 til dimensioneringen af bioventileringsanlæg, da CO2 koncentrationen i jordluften er meget afhængig af pH forholdene og carbonatsystemets komponenter.

Betydning af jern
Hvis den jord, der ventileres, indeholder meget reduceret jern, kan iltforbruget skyldes oxidation af jern. Erfaringerne viser imidlertid, at jernoxidation kun i tilfælde med ekstremt høje jernindhold (omkring 100 g/kg) bidrager til iltforbruget.

Temperatur
Temperaturen har stor betydning for hastigheden af de mikrobielle processer og iltforbruget. I overfladenære jordlag kan temperaturen svinge fra sommer til vinter. Hvis der er risiko for temperatursvingninger, er det fordelagtigt at gennemføre respirationstesten i den varme periode. Respirationsraten målt i den varme periode giver det maksimale iltforbrug, der kan bruges til at bestemme, hvor meget ilt der skal tilsættes. Denne mængde ilt kan tilsættes hele året, hvorved der teoretisk set altid vil være ilt i overskud i jorden.

Iltforbrug
Et iltforbrug på 1% per dag eller højere er en god indikator for, om bioventilering er mulig. Hvis iltforbruget er lavere, er der formentlig andre faktorer, der begrænser nedbrydningen. Disse faktorer kan være fugtighed, pH, tilgængelighed af næringssalte eller toksicitet.

Fugtighed
Lav fugtighed er kun et problem i meget tørre områder.

pH
Mikrobiel aktivitet foregår hovedsageligt i pH-området mellem 5 og 9. Hvis jordens pH ligger uden for dette område, vil nedbrydningen hæmmes.

Næringssalte
Jordens indhold af næringssalte er som regel tilstrækkelig til at dække mikroorganismernes behov. Tilsætning af næringssalte giver sjældent positivt resultat.

Toksicitet
Kulbrinter er som regel ikke toksiske og vil sjældent hæmme nedbrydningen, men tilstedeværelse af andre forureningstyper kan forringe muligheden for bioventilering.

4.2.2 Permeabilitetstest

Permeabilitetstesten anvendes til at bestemme, hvor langt luften kan trækkes igennem jorden, dvs. til at bestemme jordens specifikke permeabilitet og ventileringsboringers påvirkningsradius.

De amerikanske erfaringer i /3/ anbefaler følgende.

Udførelse af permeabilitetstest
Permeabilitetstesten foregår ved, at luft suges op eller pustes ned i en ventileringsboring. Strømningshastigheden bestemmes i ventileringsboringen, og lufttrykket observeres i ventileringsboring og i moniteringsboringer i forskellig afstand fra ventileringsboringen. En tommelfingerregel for, om ventilering er anvendelig, er, at påvirkningsradiusen skal være større end højden af filteret på ventileringsboringen. Derfor skal der være mindst en observationsboring inden for en afstand svarende til filterhøjden og en længere væk. Derudover angives der ingen anbefalinger vedr. antallet af boringer m.m.

Inden testen startes, undersøges jordluften for ilt, CO2 og flygtige kulbrinter. Systemet testes, og trykmålerne indstilles til et fornuftigt måleinterval i en kortvarig forundersøgelse på 10 til 15 minutter. Når trykket i boringerne er vendt tilbage til nul, startes den egentlige permeabilitetstest. Strømningshastighed og tryk noteres efter nedenstående anbefalinger. Tryk måles hvert minut de første 10 min, hvert andet minut de næste 10 min, hvert tredje minut, indtil trykændringen i moniteringsboringerne er mindre end 3,3 mBar, herefter en gang hver 5-20 min. Strømningshastigheden måles efter 10 min, 20 min og herefter samtidig med trykmålingerne. Testen fortsættes i op til 8 timer, eller indtil trykændringen i den fjerneste moniteringsboring er mindre end 10% per time. Det anbefales, at der pumpes med tre forskellige strømningshastigheder: 2,8 m3, 8,4 m3 og 17 m3 per time per meter filter. Tallene er omregnet fra amerikanske enheder.

Beregning af den specifikke permeabilitet
Herefter beregnes den specifikke permeabilitet og påvirkningsradius. Den specifikke permeabilitet kan beregnes både på grundlag af det dynamiske trykrespons i moniteringsboringerne og på grundlag af de målte steady-state tryk. Det anbefales, at begge metoder anvendes. Der findes computermodeller til bestemmelse af den specifikke permeabilitet. Tidligere blev der anvendt beregningsmetoder, der antog, at der ikke var en vertikal udveksling af luft mellem det ventilerede område og de overliggende lag. Denne beregningsmåde har vist sig at overestimere den specifikke permeabilitet. Luftstrømningen overvurderes især i områder, der ligger fjernt fra ventileringsboringen.

Beregning af påvirkningsradius
Påvirkningsradius kan beregnes ved at plotte logaritmen til steady-state trykket som funktion af afstanden til ventileringsboringen. Steady-state trykket defineres som trykket på det tidspunkt, hvor trykændringen er mindre end 10% per time. Påvirkningsradiusen defineres herefter som den afstand fra ventileringsboringen, hvor trykændringen er 0,25 mBar. Det er imidlertid ikke trykket, der er interessant, men indholdet af ilt i jordluften. I praksis har det dog vist sig, at der, hvor der kan observeres en trykstigning, også tilføres ilt.

Permeabilitetstests, der anvendes til dimensionering af SVE-anlæg og bioventileringsanlæg, er ens.

4.3 Fuldskalaanlæg

4.3.1 Bioventilering

Ved design af bioventileringsanlæg er det hensigten at opnå en beluftning af de forurenede områder og, så vidt det er muligt, at undgå fjernelse ved fordampning for at undgå en luftrensning.

Luftinjektion/-ekstraktion
Først tages der stilling til, om bioventileringen skal foregå ved injektion eller ved ekstraktion af luft. Generelt foretrækkes injektion af luft, da det er mere sikkert, giver ringe udslip af forurening til atmosfæren og er billigere i drift. Under visse omstændigheder, hvor kældre eller lignende ligger inden for påvirkningsradiusen, kan forureningsdampe trænge ind i disse og gøre skade. I disse tilfælde kan ekstraktion være at foretrække, eller der kan etableres beskyttelsesboringer eller -dræn langs med ydermure.

Ved injektion transporteres forureningsdampe væk fra injektionsboringen og muligvis ind i uforurenede områder. Dette virker uhensigtsmæssigt, men har den fordel, at et større jordvolumen bliver anvendt som "reaktor". Endvidere kan lufttrykket fra injektionen sænke grundvandsspejlet og blotlægge forurening, der ofte er koncentreret i kapillarzonen, så oprensningen bliver mere effektiv. Ved forekomst af fri fase kan der dog ske en uhensigtsmæssig mobilisering af forureningen.

Ekstraktion af luft anvendes i tilfælde, hvor transport af forureningsdampe til kældre eller lignende ikke kan kontrolleres. Ofte medfører ekstraktion, at en større del af forureningen fjernes ved fordampning. Et kraftigere undertryk vil medføre en større fordampning. Ved ekstraktion skal luften oftest renses.

Strømningshastighed
Den strømningshastighed, der skal anvendes ved bioventilering, beregnes ud fra iltforbrugshastigheden målt ved respirationstesten, vha. følgende formel:

hvor Q er strømningshastigheden (m3/time), k0 er iltforbrugshastigheden (%/time), V er det forurenede jordvolumen (m3) og Øa er jordens luftfyldte porøsitet.

Procenttallene i nævnerne i ovenstående formel angiver, hvor meget ilt der kan bruges fra jordluften. 20,9% er iltindholdet i atmosfærisk luft, der injiceres, og 5% er det mindste iltindhold, der ønskes i luften under drift, inden luften udskiftes igen.

Den beregnede strømningshastighed verificeres ved målinger, når anlægget er etableret.

Boringsstørrelse
Diameteren af filtre i ventileringsboringen i USA er typisk 2"- 4". I øvre jordlag og i sandet jord anvendes der 2"-filtre. I lavpermeable jorde, og når forureningen ligger dybere end 9 m, anvendes der 4" filtre. Boringerne filtersættes over hele det forurenede område. Borehullets diameter skal være dobbelt så stor som filterets, og mellemrummet fyldes med silicasand eller lignende. De øverste 1,5 m af boringen afsluttes med bentonit og cement.

Boringstæthed
Afstanden mellem ventileringsboringer baseres på bestemmelsen af påvirkningsradius. Det anbefales at anvende både påvirkningsradius baseret på tryk og påvirkningsradius baseret på ilt. Ilts påvirkningsradius kan beregnes på baggrund af iltforbrugshastighed, luftfyldt porøsitet, strømningshastighed og højden af det beluftede område. Afstanden mellem boringerne anbefales at være 1-1,5 gange påvirkningsradius.

Ekspertsystemer
Der eksisterer ekspertsystemer til design af bioventileringsanlæg, der kan hjælpe med f.eks. forudsigelser af oprensningstider og omkostninger samt hjælpe med vurdering af, hvor mange boringer der skal etableres for at få en optimal oprensning.

4.3.2 Soil vapor extraction

Boringstyper
Ved SVE kan der anvendes forskellige typer af ekstraktionsboringer. Vertikale boringer, horisontale boringer, grøfter og ventilering i opgravet jord. Den mest brugte teknik er anvendelse af vertikale boringer. Ved dybtliggende forurening er vertikale boringer som regel den eneste anvendelige type. Konstruktion af boringerne er nogenlunde som ved bioventilering, men der anvendes i nogle tilfælde større diametre på filtrene, op til 12", fordi der ved SVE kræves/ønskes større strømningshastighed end ved bioventilering. Boringerne placeres som regel i midten af forureningen, eller således at strømningslinierne går igennem det forurenede område. Filtersætningen sker i den mest forurenede dybde.

Ved overfladenære forureninger, eller hvor grundvandsspejlet ligger højt, er det fordelagtigt at anvende horisontale boringer, eller der kan graves render, hvori der lægges vandrette rør, som dækkes med sand eller lignende og et impermeabelt dække.

Luftstrømningen kan i nogen grad styres ved f.eks. at dække jordoverfladen med et impermeabelt dække og ved aktiv eller passiv injektion af luft i boringer, der er placeret strategisk rigtige steder.

Vandudskiller
Den ekstraherede luft indeholder ofte fugt og fine partikler, der kan ødelægge vakuumpumper. Der installeres derfor ofte vandudskillere til beskyttelse af anlægget.

Luftrensning
Afkastluften ved SVE kræver som regel behandling. Behandlingsmetoden afhænger af koncentrationen og luftmængden. De metoder, der anvendes, er adsorption på aktivt kul, katalytisk oxidation, termisk forbrænding, forbrændingsmotor eller bionedbrydning. Mange af disse teknologier kan bruges over et bredt spektrum af koncentrationer og luftmængder, men hver metode har et mindre spektrum, hvori de er cost-effektive. F.eks. kan aktivt kul anvendes op til 10.000 ppm, men i dette koncentrationsområde kan regenerering af kullet fordyre oprensningen meget, og andre metoder vil formentlig være at foretrække.

4.4 Monitering og kontrol

4.4.1 Bioventilering

Boringer
Til monitering af bioventilering anbefales det, at der etableres et antal moniteringsboringer i det forurenede område (> 1000 mg/kg). Moniteringsboringerne placeres i reder, hvor tre eller flere filtre installeres i forskellige dybder. Det anbefales, at den dybeste boring placeres i den dybde, hvor forureningen er fundet, eller ca. 1 m over vandspejlet, og den øverste boring placeres 1-1,5 m.u.t.

Respirationstest
I boringerne kontrolleres det, at der er tilstrækkelig iltforsyning i jorden. Respirationsraten bestemmes og anvendes som indikator for oprensningen. Det er kun første gang, der udføres respirationstest på en boring, at det er nødvendigt at benytte en tracer, da diffusionsforhold og utætheder ved efterfølgende respirationstests er kendt på forhånd.

4.4.2 Soil vapor extraction

Overvågning af driften
Driften af SVE-anlæg overvåges ved analyse af den luft, der ekstraheres. Det anbefales, at følgende parametre bestemmes:

Endvidere kan monitering ske ved analyse af jordluft i moniteringsboringer, og tykkelsen af evt. fri fase kan bestemmes.

Periodevis pumpning
Relativt kort tid efter starten af et SVE-anlæg falder koncentrationen i ekstraktionsluften til et niveau, der er bestemt af diffusionen af forureningen fra jordmatricen til jordluften. For at opnå høj effektivitet kan det derfor være fordelagtigt at pumpe periodevis eller skifte mellem forskellige ekstraktionsboringer. Dette er blevet vist ved adskillige oprensninger.

Oprensningsmængde
Den forureningsmængde, der er renset op, kan beregnes ved kendskab til totalindholdet i luften og strømningen. Udviklingen i oprensningen kan så bestemmes ved sammenligning med den oprindelige forureningsmængde. Man kan få et endnu bedre billede af oprensningen, hvis man kender koncentrationen af enkeltkomponenter i luften. Hvis den totale koncentration i luften falder, men sammensætningen af forureningskomponenter ikke ændrer sig, er det sandsynligt, at oprensningen begrænses af andre ting, som f.eks. stigning i grundvandsspejlet, utætheder i systemet eller lignende. Hvis derimod andelen af flygtige komponenter i luften falder samtidig med koncentrationen, er det sandsynligt, at oprensningen forløber effektivt.

4.5 Afslutning af oprensning

Vurderingen af, om oprensningen har nået de fastsatte mål, foreslås gennemført på et statistisk grundlag, hvor gennemsnittet af koncentrationen af forurening i jordprøver skal være signifikant lavere end det af myndighederne opstillede krav.

4.5.1 Bioventilering

Respirationstest
Respirationsraten anvendes som indikator for oprensningen. Når respirationsraten er af samme størrelse som baggrundsrespirationen, er det et tegn på, at oprensningen er forløbet til ende. På dette tidspunkt kan der udtages jordprøver til dokumentation af oprensningens effektivitet.

Praktiske erfaringer bioventilering
I /3/ blev der gennemført analyser af BTEX og totalkulbrinter på jord og jordluft ved start og efter 1 års drift. Resultaterne fra disse analyser viste, at der var sket en væsentlig rensning af lokaliteterne. Den største effekt kunne ses på indholdet af forurening i jordluften. På jordprøverne kunne der ses en drastisk effekt på indholdet af BTEX, mens reduktionen af totalkulbrinter var begrænset, men tydelig. I jordluften var koncentrationerne ca. 26.000 ppm(vol) ved start og ca. 2.000 efter 1 år. For BTEX var tallene ved start ca. 100 mg/kg og 250 ppm(vol) og efter 1 års drift få mg/kg eller ppm(vol).

Yderligere data, der beskriver restkoncentrationer i jord efter bioventilering, er ikke umiddelbart tilgængelige.

4.5.2 Soil vapor extraction

Kriterierne for, om et SVE-anlæg kan lukkes ned, er mængden af forurening, der er fjernet, koncentration og sammensætning af forurening i ekstraktionsluften samt koncentration og sammensætning af forurening i jord og jordluft.

Ved SVE vil en række af de tungere stoffer forblive i jorden. Mængden vil naturligvis afhænge af forureningstypen, men hvis det drejer sig om olieprodukter, vil stoffer med mere end 10 C-atomer udgøre den væsentligste del af den mængde, der forbliver i jorden.

Yderligere data, der beskriver restkoncentrationer i jord efter SVE, er ikke umiddelbart tilgængelige.

4.6 Oprensningsøkonomi

Bioventilering
Ventilering af jord er en relativt billig metode til oprensning. I en opgørelse over økonomien i 36 bioventileringsprojekter gennemført af Parsons Engineering Science Inc. /2/ er de samlede omkostninger opgjort til at være mindre end 5$ (1994 priser) per m3 forurenet jord ved et volumen på 15.000 m3 eller større, mellem 5$ og 20$ ved et jordvolumen på mellem 1.500 m3 og 15.000 m3, og på mindre sager cirka 20$ per m3.