| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Pilotprojekt med stimuleret in situ reduktiv deklorering - Hovedrapport

3 Afværgeforanstaltninger og oprensningsstrategi på Rugårdsvej 234-238

• 3.1 Afværge setup
• 3.2 Dimensioneringsgrundlag
  • 3.2.1 Laboratorieforsøg
  • 3.2.2 Hydrauliske test
  • 3.2.3 Grundvandsmodellering
  • 3.2.4 Beregning af donormængde
  • 3.2.5 Bakteriekultur

3.1 Afværge setup

Afværge setup samt øvrige dimensioneringsgrundlag og tests som danner basis for pilotprojektet er tidligere beskrevet i Jørgensen et al (2006), hvortil henvises for nærmere detaljer.

Pilotprojektet på lokaliteten skal som udgangspunkt designes som et aktivt system med kontinuert oppumpning fra 1-2 pumpeboringer og reinjektion af grundvand i ca. 3 injektionsboringer. Det oppumpede grundvand blandes med laktat inden reinjektion. Når de rette redoxforhold er til stede i grundvandet, tilsættes der bakteriekultur (KB-1™).

Indsatsområdet (testfeltet) for pilotprojektet er det mellemste sekundære magasin, som ligger i dybdeintervallet ca. 11-12 m u.t. og består af et område på ca. 20 m i bredden og ca. 40 m i længden (ca. 800 m²). Placering af testfelt fremgår af figur 3.1. Indholdet af klorerede opløsningsmidler i indsatsområdet varierer mellem ca. 100 og 20.000 µg/l.

3.2 Dimensioneringsgrundlag

3.2.1 Laboratorieforsøg

Til vurdering af potentialet for anvendelse af reduktiv deklorering er udført en række nedbrydningsforsøg såkaldte treatability-forsøg i laboratoriet, hvor forskellige elektrondonorer blev afprøvet i sammenhæng med tilsætning af mikroorganismer.

Laboratorieforsøgene skulle konkret belyse følgende:

• de naturligt tilstedeværende bakteriers evne til at deklorere TCE/cis-DCE
• potentialet for at stimulere de naturligt tilstedeværende bakterier til anaerob deklorering ved tilsætning af elektrondonorer (laktat og en langsomtfrigivende donor, propionat)
• om tilsætning af bakterier af typen Dehalococcoides kunne fremme anaerob deklorering af TCE/cis-DCE
• anvendeligheden af forskellige donorer (nedbrydningsforløb, dosering mm.)
• tilstedeværelse af andre elektronacceptorer, der vil bidrage til forbruget af elektrondonor
• om der er hæmmende faktorer

Laboratorieforsøgene blev udført som batchforsøg med sediment og grundvand fra lokaliteten. Forsøgsopstilling og – udførsel er nærmere beskrevet i Jørgensen et al (2006).

Der er i forsøgene afprøvet to typer elektrondonorer: laktat og propionat. Elektrondonorerne er valgt ud fra en forventning om, at de kan anvendes på den konkrete lokalitet, hvor der er en vekslen mellem sand og ler i behandlingsområdet, kombineret med en forholdsvis lav anskaffelsespris.

For at undersøge om nedbrydningen af TCE kunne stimuleres på lokaliteten ved tilsætning af mikroorganismer blev der til nogle af forsøgene tilsat en blandingskultur (KB-1™) indeholdende bakterier af typen Dehalococcoides. Udover bakterier af typen Dehalococcoides indeholder kulturen omkring 15 andre bakteriearter bl.a. acetogene og sulfatreducerende bakterier.

Resultater

Generelt sås samme tendens i udvikling i redoxforhold i forsøgsflaskerne uafhængigt af, hvilket sediment/grundvand, der blev tilsat.

Overordnet viste forsøgene, at der naturligt på lokaliteten er jern til sulfatreducerende forhold med tendens til mere jernreducerende forhold og mindre sulfatreducerende forhold ude i fanen. Tilsætning af donor medførte jernreduktion med efterfølgende sulfatreduktion. Forsøgene viste også, at tilsætning af laktat i forhold til propionat hurtigere førte til reducerende forhold. Hastigheden for omsætning af laktat var 10-20 dage. Laktat fermenteredes til acetat og propionat under dannelse af brint. Den hurtige nedbrydning af laktat resulterede i kortvarig akkumulering af brint, som hurtigt omsattes. Propionat omsattes videre, formentlig under dannelse af acetat og brint. Den dannede brint vil dog forbruges hurtigt, og der sås derfor ikke videre akkumulering af brint. I alle forsøg var der efter 175 dage stadig acetat i flaskerne, hvilket tydede på, at nedbrydningen af de klorerede stoffer ikke var donorbegrænset.

Generelt observeredes der ikke nedbrydning af TCE i kontrolforsøg tilsat kviksølvklorid. I flasker, uden tilsætning af donor eller KB-1, var der et naturligt potentiale for nedbrydning af TCE til cis-DCE. Der observeredes dog ikke videre nedbrydning af cis-DCE inden for forsøgsperioden på 175 dage, uanset hvilket materiale der blev anvendt.

I samtlige forsøg iagttoges, at tilsætning af elektrondonor i form af laktat eller propionat stimulerede nedbrydningen af TCE til cis-DCE. Sammenlignet med forsøgene uden donor forløb nedbrydningen af TCE generelt også hurtigere. Endvidere blev det observeret, at brug af laktat som donor, resulterede i hurtigere nedbrydning af TCE sammenlignet med brug af propionat som donor.

I alle forsøg, hvor kun donor blev tilsat, forløb nedbrydningen af TCE samtidig med, at der foregik jern- og sulfatreduktion. I flere af forsøgene sås efter dag 105-150 en lille stigning i koncentrationen af VC, hvilket tydede på en videre nedbrydning af cis-DCE. Den langsomme nedbrydning af cis-DCE til VC kunne ikke tilskrives mangel på donor eller makronæringsstoffer, men snarere et lavt antal af bakterier af typen Dehaloccocoides.

Potentialet for at kunne stimulere anaerob reduktiv deklorering på lokaliteten alene ved tilsætning af elektrondonor blev ud fra disse resultater vurderet som værende begrænset indenfor en kortere tidsperiode, idet nedbrydningen til ethen vil forløbe meget langsomt og måske være begrænset til specifikke områder af forureningen.

I alle forsøg tilsat elektrondonor og bakteriekultur KB-1™ observeredes videre nedbrydning af cis-DCE til ethen. Der var ikke nogen forskel i nedbrydningsforløbet mellem forsøg tilsat laktat og propionat.

På baggrund af laboratorieforsøgene blev det valgt at anvende laktat som donor til pilotforsøget. Laktat er nem at håndtere i felten (ingen eksplosionsrisiko), den er veldokumenteret i feltforsøg og laboratorieforsøgene viser, at der ved brug af denne donor fås en fuldstændig nedbrydning til ethen under forudsætning af, at der tilsættes bakteriekultur.

Endvidere blev det valgt at tilsætte bakteriekulturen KB-1™ for at opnå anvendelige resultater i pilotprojektet inden for den forventede tidsramme på ca. ½ år.

3.2.2 Hydrauliske test

Pumpeforsøg

Til at vurdere sammenhængen mellem magasinerne og de generelle hydrauliske parametre blev der udført forskellige pumpe- og slugtests på lokaliteten.

Der sås umiddelbart ikke nogen hydraulisk sammenhæng mellem det øvre sekundære grundvandsmagasin og det mellemste sekundære grundvandsmagasin, da der ved pumpning i sidstnævnte ikke blev observeret respons i filtersatte boringer i det øvre sekundære grundvandsmagasin.

De hydrauliske ledningsevner, vurderet ud fra slugtestene, er omtrent 100 gange lavere end resultaterne fra pumpetestene, og det konkluderes at der ikke er god overensstemmelse resultaterne imellem. Slugtest resultatet er lavt for en sandformation, og derfor vurderes pumpeforsøget at afspejle magasinets reelle hydrauliske egenskaber. Der blev konstateret værdier af den hydrauliske ledningsevne som vist i tabel 3.1.

Tabel 3.1 Hydrauliske parametre bestemt ud fra tolkning af data fra observationsboringer ved pumpeforsøg på AV1 og M3. Fra Jørgensen et al. (2006)

Synkronpejlinger

Der er udført to pejlerunder. Første runde blev foretaget inden prøvepumpningerne og havde til formål at kortlægge strømningsretningen. Anden pejlerunde gennemførtes umiddelbart inden prøvepumpning blev afsluttet for at konstatere, hvor vandet indvindes fra til pumpeboringerne.

På baggrund af pejlerunderne er der udarbejdet et potentialekort, så hydraulisk gradient og strømningshastighed kan beregnes. Der er udarbejdet potentialekort i 2002 og 2004 for samme område, og der er fin overensstemmelse mellem kortene. For yderligere oplysninger henvises til Jørgensen et al (2006).

Injektionstest

Formålet med denne type test er at vurdere magasinernes evne til at modtage vand, og derigennem få et billede af muligheden for tilsætning af donor og bakteriekultur. Testen udføres ved at injicere rent vand i de pågældende boringer under tryk. Testen er gennemført i intervaller af 1-1½ times varighed på de enkelte injektionsboringer. Samtidigt blev vandspejlet pejlet i en række observationsboringer og modtrykket registreres.

Testen viste, at der i de fleste boringer kan tilføres vand, og at det øvre sekundære grundvandsmagasin var upåvirket af injektionen. På den baggrund vurderes det, at muligheden for injektion og spredning af en donor i det mellemste sekundære grundvandsmagasin er god. Testen viste også, at det er muligt at injicere vand i det øvre sekundære grundvandsmagasin.

Testen viste overordnet, at det var muligt at injicere ca. 1 l/min i hver boring uden at der blev opbygget et større modtryk.

3.2.3 Grundvandsmodellering

Med udgangspunkt i den opstillede geologiske model og de målte hydrauliske parametre er der opstillet en grundvandsmodel til evaluering af forskellige pumpe- og injektionsscenarier (antal boringer, placering af boringer, mængder op/ned etc.).

Formålet med at opstille en grundvandsmodel var at simulere den oppumpning og reinjektion, der skulle foregå i forbindelse med oprensningsprojektet, samt at foretage partikelbanesimuleringer for at vise spredningsmønsteret for de injicerede stoffer/bakterier. Ved beregningerne var det ønsket, at opholdstiden mellem injektionsboringer og pumpeboring var maksimalt 50 dage, således at indsamlede moniteringsresultater i et pilotprojekt kan evalueres, og eventuelle justeringer af forsøgsopsætningen kan foretages, inden forsøgsperioden på ca. ½ år var slut. Samtidigt var det ønsket, at forsøge at minimere spredningen af donor uden for indsatsområdet.

Modelopsætning og resultaterne af modelarbejdet fremgår af Jørgensen et al. (2006). Der blev i alt udført 14 beregningsscenarier med forskellige pumpeydelser og boringsplaceringer. Spredningsforholdene blev belyst med partikelbaner samt med stoftransportberegninger (konservativ tracer). I dette afsnit gives en kort beskrivelse af de væsentligste resultater.

Resultat af simulerede scenarier

Tabel 3.2 viser resultater fra 3 udvalgte scenarier. For en mere uddybende beskrivelse henvises til Jørgensen et al. (2006). Figur 3.1-a og figur 3.1-b viser partikelbanesimulering for oppumpning og injektion af henholdsvis 3 og 5 l/min.

Det ses, at der ved begge ydelser opnås en spredning af vand (og dermed forventet donor og bakterier) i hele indsatsområdet. Beregningerne viser, at en ydelse på 3 l/min giver en væsentlig mindre spredning af stof i området sammenholdt med en ydelse på 5 l/min.

Opholdstiden for scenariet med 3 l/min er ca. 50 dage hvilket er på grænsen af det acceptable. Beregningerne viste, at opholdstiden kunne reduceres ved at flytte injektionsboringerne lidt tættere på pumpeboringen.

Tabel 3.2 Resultater af udvalgte beregningscenarier fra Jørgensen et al. (2006b).

På baggrund af beregningerne blev det besluttet, at anvende en pumpe- og injektionsydelse på 3 l/min i et pilotprojekt. Der blev ligeledes besluttet at rykke injektionsboringerne ca. 5 m tættere på pumpeboringen, dvs. med en indbyrdes afstand mellem injektions- og pumpeboringer på ca. 30 m. Herved kunne der opnås en opholdstid på ca. 45 dage.

Figur 3.1-a Scenarie 3. Partikelbaner og grundvandsstand. Samlet injektions- og pumpeydelse på 3 l/min.

Figur 3.1-b Scenarie 1.1. Partikelbaner og grundvandsstand. Samlet injektions- og pumpeydelse på 5 l/min.

3.2.4 Beregning af donormængde

Forbrug af elektrondonor vil afhænge af de opløste og sedimentbunde elektronacceptorer. De opløste elektronacceptorer er typisk ilt, nitrat og sulfat. For de sedimentbundne elektronacceptorer er det reduktion af biologisk tilgængeligt jern, som normalt er den største forbruger af donor. De sedimentbundne elektronacceptorer vil sandsynligvis forbruge væsentlig mere donor end de opløste elektronacceptorer.

Ved beregning af donorforbrug er der anvendt to metoder:

1. Beregning af donorforbrug på baggrund af kendskab til opløste elektrondonorer
2. Beregning af donorforbrug på baggrund af kendskab til opløste og sedimentbundne elektrondonorer

3.2.4.1 Beregning af donorforbrug på baggrund af kendskab til opløste elektronacceptorer

Tabel 3.3 viser indledende beregning af laktatforbrug af de opløste elektronacceptorer ud fra gennemsnitskoncentrationer i det mellemste sekundære magasin. Det fremgår, at sulfat er den helt dominerende elektronacceptor. Der er ved denne beregningsmetode anvendt en sikkerhedsfaktor på 5 til reduktion af de sedimentbundne elektronacceptorer. Sikkerhedsfaktoren er et erfaringsbaseret tal og anvendes i tilsvarende beregninger af det canadiske firma GeoSyntec. Det samlede dimensionsgivende forbrug er beregnet til ca. 375 mg natriumlaktat/l i det injicerede grundvand. Med en injektion på 4,3 m³/døgn svarer det til et forbrug af natriumlaktat på 1,6 kg/døgn (svarende til ca. 340 kg natriumlaktat med en driftsperiode på 7 måneder).

Tabel 3.3 Beregning af donorforbrug på baggrund af kendskab til opløste elektrondonorer

1: Gennemsnitlig koncentration i grundvandsmagasinet

3.2.4.2 Beregning af donorforbrug på baggrund af kendskab til opløste og bundne elektronacceptorer

Ved beregning af donorbehovet på baggrund af sedimentbundne elektronacceptorer; jern og mangan fås et donorbehov på 69 mg laktat pr. kg. sediment. Beregnes det samlede donorbehov for en m³ akvifer inkluderende både opløste og sedimentbundne elektronacceptorer fås et samlet donorbehov på 0,1 kg laktat/m³ akvifer ved antagelse af en bulk densitet på 1,6 kg/L og en porøsitet på 0,3. Af det samlede donorbehov på 0,1 kg laktat/m³ kan de 0,02 kg tilskrives de opløste elektronacceptorer, mens de resterende 0,08 kg kan tilskrives de sedimentbundne elektronacceptorer. Ifølge tabel 3.4 fremgår det, at influensområdet udgør ca. 900 m³ sediment. Der skal således tilsættes ca. 90 kg natrium-laktat for at reducere det område, som påvirkes af injektionen. Ud over donorforbruget til reduktion af behandlingsvolumenet, vil der være et donorforbrug til reduktion af opløste elektronacceptorer i det vand, der trækkes ind i behandlingsområdet via recirkuleringsanlægget. Antages andelen af frisk vand, der trækkes ind i behandlingsvolumenet, at udgøre ca. 20 % af den samlede injicerede vandmængde (4,3 m³/døgn) vil dette medføre et ekstra donorbehov til opløste elektronacceptorer på ca. 14 kg natriumlaktat set over en 7 måneders periode. På baggrund af denne beregning vil det samlede laktatbehov være ca. 105 kg.

Da der er en vis usikkerhed på beregning af donorforbrug samt volumen af indsatsområdet, blev det valgt at anvende et vist overskud af laktat, for at sikre at de biologiske processer ikke gik i stå pga. donorbegrænsning. Der blev således valgt et dimensionsgivende forbrug på 340 kg natrium-laktat over 7 måneder. Det svarer til en gennemsnitlig tilsætning på ca. 375 mg natrium-laktat/l injiceret grundvand med et flow på 3 l/min.

Tabel 3.4. Beregning af donorforbrug.

*: Der er taget udgangspunkt i influensområde som er beregnet på baggrund af partikelbaner. Det bemærkes, at der regnes med et mindre influensområde end i afsnit 3.2.2. Det skyldes, at der efterfølgende er udført scenarier med tættere boringsplacering.

3.2.5 Bakteriekultur

Som bakteriekultur anvendes den samme kultur, som blev anvendt ved laboratorieforsøgene (KB-1™). KB-1 kulturen forhandles kommercielt af det canadiske firma SIREM. KB-1-kulturen er et naturligt anaerobt bakteriekonsortium, som ikke er genmodificeret, og som er opformeret fra en TCE-forurenet lokalitet i Canada. Celledensiteten er ca. 10⁸ - 10⁹ celler/ml i den bakteriekultur, som bliver leveret.

På baggrund af anbefalinger fra GeoSyntec er der dimensioneret med et bakterievolumen på ca. 0,1 promille af det porevolumen, som skal behandles, svarende til ca. 27 l liter bakteriekultur, se beregninger i tabel 3.3.

Tabel 3.3. Beregning af KB-1 forbrug

Det blev på forhånd drøftet, om bakterierne kun skulle tilsættes i injektionsboringerne, eller om der også skulle tilsættes bakteriekultur i forskellige punkter i testfeltet for at få en hurtigere og mere effektiv fordeling. Det blev besluttet kun at tilsætte KB-1 kultur i de 3 injektionsboringer for at kunne følge spredningen af Dehalococcoides i testfeltet. Hvis der havde været tale om et fuldskalaprojekt, ville der blive tilsat KB-1-kultur i flere punkter i testfeltet for at sikre så hurtig en spredning som muligt.

Bakteriekulturen skal som udgangspunkt kun tilsættes én gang. Der blev tilsat ca. 9 l i hver injektionsboring. For yderligere detaljer henvises til Jørgensen et al (2006).

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 Februar 2007, © Miljøstyrelsen.