|
Afprøvning af reaktiv jernvæg til grundvandsrensning 3 BaggrundI dette afsnit beskrives baggrundsmaterialet for afværgeprojektet. Baggrundsmaterialet omfatter resultaterne og vurderingerne af de tidligere udførte forureningsundersøgelser og skitseprojekter, jf. /1/, /2/, /3/, /4/ og /5/. Desuden beskrives den kendte del af teorien bag reaktive vægges rensning af chlorerede opløsningsmidler samt de tests, der tidligere er udført med henblik på at dimensionere væggens tykkelse. Endelig resumeres de oprensningsniveauer, som Fyns Amt har ønsket væggen dimensioneret i forhold til, foruden de gældende udledningskrav til recipienten, Holmebækken. 3.1 Historisk beskrivelse af VapokonI 1976 påbegyndte Vapokon Petrokemisk Industri A/S (i det følgende kaldt Vapokon) en genindvinding af opløsningsmidler ud fra brugte væsker, malerrester mm. Virksomheden blev etableret på Snavevej 25, matr. nr. 24C, Søndersø by, Søndersø, jf. figur 3.1. Øst og syd for virksomheden ligger Søndersø Kommunes renseanlæg og Holmebækken. Mod vest ligger virksomheden Fiboment. Figur 3.1 Indretning af det tidligere Vapokon og beliggenheden af mulige forureningskilder er vist på figur 3.2. Figur 3.2. Virksomheden gik i 1996-97 konkurs, og ejendommen blev overtaget af Søndersø Kommune. I forbindelse med Fyns Amts tilsyn i 1989 blev der gennemført orienterende forureningsundersøgelser, der i de efterfølgende år er suppleret med flere undersøgelser. Ved undersøgelserne blev der påvist en kraftig jord- og grundvandsforurening med organiske opløsningsmidler stammende fra Vapokon. Forureningen blev vurderet at udgøre en alvorlig trussel mod grundvandsressourcen. På baggrund af undersøgelserne har Fyns Amt sammen med Miljøstyrelsen besluttet at etablere en reaktiv væg til nedbrydning af chlorerede opløsningsmidler. Afværgeforanstaltningerne gennemføres som et Teknologiudviklingsprojekt. 3.2 Geologiske og hydrogeologiske forhold3.2.1 GeologiSøndersøområdet er præget af glaciale aflejringer. Øverst forekommer et morænelerslag af varierende mægtighed underlejret af et sammenhængende og udbredt smeltevandssandlag. Under smeltevandssandlaget findes overvejende moræneler. Vapokon-grunden er beliggende i kote ca. 23 m DNN. De geologiske forhold på og lige omkring Vapokon-grunden består øverst af muld- og fyldlag og herefter moræneler med en mægtighed på 2-5 m. Enkelte steder ses også gytje-/tørvelag og sand, og få steder mangler laget af moræneler helt. Under moræneleren træffes smeltevandssand med en mægtighed på 5-10 m, der gennemgående underlejres af moræneler. Det sammenhængende lag af smeltevandssand udgør grundvandsressourcen i området. Det nedre lag af moræneler, der udgør bunden af det primære grundvandsmagasin, hælder mod nordvest. Sandmagasinet aftager i mægtighed med ca. 4 m på strækningen fra den nordlige ende af Vapokon-grunden og til umiddelbart sydøst for renseanlæggets værkstedsbygning. Boringer på Vapokon-grunden til 25 m u. t. viser, at der under sandlaget træffes et sammenhængende lag af moræneler, der ikke er gennemboret, og hvori der ikke er truffet sandlag. 3.2.2 Hydrogeologi, vandindvinding og recipienterGrundvandsspejlet på Vapokon-grunden står ca. 1,5-3 m u. t. og står dermed flere steder i overgangen mellem moræneleret og smeltevandssandet. Grundvandet strømmer i en sydøstlig til sydlig retning med en forholdsvis stor gradient (ca. 0,5%). Den naturlige strømningshastighed er vurderet at være 300-400 m/år. Holmebækkens bund er beliggende i kote ca. 19. Grundvandspotentialet i området ved bækken ligger i kote ca. 20, hvilket medfører et opadrettet vandtryk og dermed sandsynligvis opadrettet grundvandssstrømning. Dvs. at grundvandet afledes til Holmebækken både fra nord og syd. Nærmeste vandindvinding foretages fra Søndersø Vandværks kildeplads, der ligger mere end 1 km nord for Vapokon-grunden, dvs. opstrøms. 3.3 Forureningsudbredelse3.3.1 JordforureningDer er ved de tidligere udførte undersøgelser påvist en kraftig jordforurening med BTEX'er, chlorerede opløsningsmidler og nedbrydningsprodukter i både umættet og mættet zone på grunden. I hot-spot er der fundet indhold op til 2.140 mg BTEX/kg og 1.100 mg chlorerede opløsningsmidler/kg i jorden og tilsvarende 8.563 mg BTEX/m3 og 148.718 mg chlorerede opløsningsmidler/m3 i poreluften. Hot-spot er afgrænset til et areal på ca. 775 m2, mens hele jordforureningen strækker sig over et areal på ca. 2.175 m2, som vist på figur 3.3. Hot-spot er vurderet at omfatte ca. 70 % af den samlede jordforurening på ca. 4.700 kg BTEX'er og ca. 2.500 kg chlorerede opløsningsmidler, jf. /1/, /2/, /3/ og /5/. Ved hot-spot menes forureningsindhold af chlorerede opløsningsmidler og BTEX over hhv. 50 og 100 mg/kg. Figur 3.3 3.3.2 GrundvandsforureningDe tidligere udførte undersøgelser viser, at grundvandsforureningen horisontalt er spredt ca. 200 m nedstrøms grunden med en fanebredde på ca. 80 m (figur 3.3). Grundvandsforureningen er kraftigst under Vapokon-grunden med op til 10.000 µg/l af summen af BTEX og chlorerede opløsningsmidler, jf. /5/. Vertikalt er forureningen kraftigst i den øverste del af magasinet. Det er vurderet, at der findes 25-40 kg BTEX'er og 25-40 kg chlorerede opløsningsmidler i grundvandsmagasinet jf. /1/. 3.4 RisikovurderingRisikovurdering blev udført i forhold til grundvand og recipient. Det blev vurderet, at der med de nuværende indvindings- og strømningsforhold ikke er risiko for eksisterende vandindvinding, der ligger opstrøms Vapokon-grunden. Grundvandsressourcen kan dog være truet af forureningen. Grundvandet afvandes til Holmebækken, der løber sydøst for grunden, og forurening er allerede påvist heri. Bækken udgør et grundvandsskel i magasinet. Forureningen blev vurderet at udgøre en risiko for forurening af Holmebækken. Det er uvist, om forureningen længere nedstrøms i Holmebækken kan udgøre en trussel for grundvandsressourcen. 3.5 Skitseprojekt for afværgeforanstaltningerDer er udført et skitseprojekt med belysning af mulighederne for hel eller delvis oprensning af den konstaterede forurening, jf. /3/, /4/ og /5/. Ventilering af forureningen er vurderet uegnet, idet der er en meget lav horisontal permeabilitet og en forholdsvis høj vertikal permeabilitet. På baggrund af miljømæssige og økonomiske vurderinger valgte Fyns Amt at etablere et "Funnel & Gate" system bestående af bl.a. en reaktiv væg til minimering af spredning af forureningen suppleret med et omfangsdræn samt opgravning af hotspot. Afværgeforanstaltningerne skal forhindre en fortsat spredning af forureningen fra Vapokon-grunden af hensyn til den fremtidige vandkvalitet i Holmebækken og grundvandsressourcen. Afværgeforanstaltningernes effektivitet skal kontrolleres ved monitering af grundvandskvaliteten før, i og efter væggen. 3.6 Reaktive væggeI det følgende beskrives den kendte del af teorien bag reaktive vægges rensning af chlorerede opløsningsmidler. Desuden resumeres de kolonnetests, der er udført på det valgte vægmateriale med henblik på at dimensionere væggens tykkelse. Endelig resumeres de oprensningsniveauer, som Fyns Amt har ønsket væggen dimensioneret i forhold til, foruden de gældende udledningskrav til recipienten, Holmebækken. 3.6.1 Teori bag reaktive væggeProcessen i reaktive vægge med jernspåner er opbygget omkring en anaerob jernkorrosion, der abiotisk medfører en reduktiv dechlorering af de chlorerede stoffer, jf. reaktionsligning (1) og /6/. Den anaerobe jernkorrosion sker ved, at grundvandets indhold af ilt ved passage af den reaktive vægs metalliske jern (Feº) bliver reduceret, og der dannes rust. Når ilten er fjernet, så forløber den anaerobe jernkorrosion som følger:
Reaktionsligningen viser, at der dannes 1 mol brint for hvert mol jern, som korroderes. En del af brinten bobler af som brintgas. Processen danner som vist hydroxidioner, hvorfor der sker en pH-stigning, der kan medføre udfældning af calciumkarbonat, jernkarbonat samt andre salte. Væggens jern henfalder også under processen, hvorved der frigives ferrojern (Fe2+) som vist i (1): Feº ® Fe2+ + 2e Reaktionsligning (2) og (A) i box 1 viser, at det kraftige fald i redoxpotentialet ved vandets passage af væggen medfører, at bl.a. chlorerede alifater (RCl) kan oxidere det metalliske jern.
Reaktionsligning (2) er udtryk for en overførsel af elektroner fra det metalliske jern til den adsorberede chlorerede alifat ved grænsefladen mellem vand og metal. Processen er ikke forstået til bunds, ligesom alle dannede mellemprodukter heller ikke er kendt. Den mest fuldstændige dechlorering medfører dog dannelse som vist af ethylener og ethaner (RH).
Box 1 Som vist i box 1 kan dechloreringen, jf. /15/, også foregå på anden vis;
Reaktionshastigheden gennem væggen afhænger af jernmaterialet og grundvandets sammensætning og kan bestemmes ved kolonnetests, jf. afsnit 3.6.2. Som udgangspunkt er reaktionshastigheden dog højest for stoffer med færre chloratomer, f.eks. DCE og vinylchlorid. Følgende stoffer kan af ukendte årsager ikke nedbrydes i jerngranulatet:
Afgørende for reaktionstiden, og dermed halveringstiden for de chlorerede stoffer, er jernmaterialets overfladeareal, således at størst overfladeareal medfører lavest halveringstid. Som nævnt medfører pH-stigningen tilklogning og til en hvis grad coating af de reaktive jernpartikler. Denne hæmmende effekt er dog begrænset til det yderste lag af væggen og giver ifølge leverandøren kun anledning til mindre reduktion af porøsiteten. 3.6.2 KolonnetestEnvirometal Technologies Inc. (ETI), Canada, har i 1998, jf. /7/, udført en kolonnetest med en grundvandsprøve fra boring E4.2 fra Vapokon-grunden. Formålet med kolonnetesten var at beregne de forventede halveringstider for de forskellige chlorerede stoffer. I testen er der bl.a. fokuseret på forureningens hovedkomponenter, nemlig PCE, TCE, 1,1,1-TCA og 1,1,2-TCA, der er tilstede i mængder over 1 mg/l. Disse stoffer blev ved kolonneforsøget nedbrudt til niveauer under analysemetodens detektionsgrænse på 1-2 µg/l. Udover de 4 hovedkomponenter blev der fundet 6 andre chlorerede opløsningsmidler i grundvandsprøven; cis-DCE, trans-DCE, 1,1-DCE, 1,2-DCA, trichlormethan og DCM. DCE og trichlormethan blev ikke fundet i kolonnens udløb i koncentrationer over detektionsgrænsen, mens der som forventet ikke blev observeret nedbrydning af DCM og 1,2-DCA. Under nedbrydningsprocesserne i kolonnen blev der dannet en række andre chlorerede stoffer, som vist i tabel 3.1. Tabel 3.1:
ETI har på baggrund af programmet Scientist 2.0 samt halveringstiderne fundet ved kolonnetesten beregnet den forventede nedbrydning i en reaktiv væg i felten af de forskellige chlorerede stoffer som funktion af opholdstiden, jf. figur 3.4. Ved beregningen er der korrigeret for grundvandstemperaturen i felten med deraf følgende øgede halveringstider. Førsteordens kinetik er forudsat i beregningerne. Endelig er der også taget højde for dannelse af nedbrydningsprodukter samtidig med, at forureningen fjernes.
Figur 3.4 Som det ses af figur 3.4 kan 90% af de chlorerede opløsningsmidler fjernes ved en opholdstid på ca. 20 timer ifølge ETI, /7/. Forøges opholdstiden til 64 timer, fjernes alle komponenter til under grænseværdien på 10 µg/l med undtagelse af 1,1-DCA, 1,2-DCA og DCM. Efter 194 timer vil 1,1-DCA også være fjernet til under grænseværdien. 1,2-DCA og DCM er ikke nedbrydelige. Indholdet af uorganiske parametre er også målt i kolonnetesten ved tilløb og fraløb. Der er konstateret en pH-stigning fra 7,3-7,8 igennem kolonnen samt faldende redoxforhold. Derudover er der også set en chloridstigning igennem kolonnen på grund af nedbrydning af de chlorerede opløsningsmidler. Calciumindholdet er faldet fra 150 til 50 mg/l i kolonnen, hvilket formentligt skyldes udfældning af kalk pga. pH-stigningen. Kalkudfældningen er beregnet til at svare til ca. 250 mg kalk/l. Kalkudfældningen kan have betydning for den reaktive vægs levetid i forbindelse med tilklogning af jernets porevolumen. Andre potentielle udfældninger (jern, mangan, magnesium, sulfit) er i kolonneforsøget mængdemæssigt meget mindre betydningsfulde, jf. /7/. 3.6.3 OprensningsniveauerPå baggrund af kolonnetesten og udledningskravene til Holmebækken har Fyns Amt valgt følgende oprensningsniveauer:
Ved alle chlorerede opløsningsmidler forstås indholdet af PCE, TCE, tetrachlormethan, 1,1,1-TCA, chloroform og cis-DCE. Endelig må summen af komponenter, dvs. summen af de ovennævnte opløsningsmidler og BTEX, ikke overstige 100 µg/l. Det valgte oprensningsniveau giver på baggrund af kolonnetesten en opholdstid på 64 timer i den reaktive væg, jf. /7/. 3.6.4 UdledningstilladelsesFyns Amt har i brev af 1999-08-19 til Søndersø Kommune meddelt en midlertidig udledningstilladelse for udledning af oppumpet grundvand i forbindelse med reparationsarbejder på Søndersø Renseanlæg. Amtet har meddelt, at den midlertidige udledningstilladelse også er gældende som udledningskrav for det forurenede grundvand under Vapokongrunden. Udledningstilladelsen er fastsat på baggrund af målsætningen for Holmebækken, der svarer til en æstetisk tilfredsstillende vandkvalitet samt om muligt at være egnet som fiskevand. Amtet har i sommeren 1995 vurderet forureningstilstanden i Holmebækken til en forureningsgrad II-III, svarende til noget forurenet. Vandkvaliteten er især problematisk med hensyn til BI5, dvs. organisk stof og ammonium. Som vejledende grænseværdi for det udledte grundvand har Fyns Amt fastsat en grænseværdi på 10 µg/l for summen af chlorerede og aromatiske opløsningsmidler. Til dokumentation af grænseværdiens overholdelse skal vandprøverne analyseres for følgende komponenter: PCE, TCE, tetrachlormethan, TCA, chloroform, cis-DCE og BTEX.
|
