Prøvetagning af porevand i umættet zone

Sammendrag

Baggrund

I "Vejledning om oprydning på forurenede lokaliteter" (Miljøstyrelsen, 1998a) er der opstillet et princip for risikovurdering af en grundvandsressource. Forureningskoncentrationen i det vand, som infiltrerer til grundvandet, er meget betydende for, om jordforureningen vurderes at udgøre en risiko for grundvandet. I nogle situationer kan koncentrationen estimeres ud fra en vandprøve udtaget i bunden af en tankgrav eller et ledningstracé. Alternativt må forureningskoncentrationen i porevandet beregnes ud fra fugacitetsprincippet, eller der må regnes med maksimal opløselighed. Disse metoder fører i de fleste tilfælde til en væsentlig overestimering af risikoen. For produktblandinger og metaller gælder, at det ikke er muligt at foretage en beregning ud fra fugacitetsprincippet.

Formål

På denne baggrund har Miljøstyrelsen iværksat nærværende litteraturstudie af metoder til prøvetagning af porevand fra den umættede zone. Der er udarbejdet en sammenfatning af beskrevne prøvetagningsmetoder, herunder fordele/ulemper af teknisk karakter i forhold til typisk danske forhold. Endvidere gives forslag til metoder, som potentielt vurderes at kunne udvikles til prøvetagningsmetoder i forbindelse med almindelig rådgivningsydelse.

Projektomfang

Projektet omfatter de stoffer, som Miljøstyrelsen har fastlagt grundvandskvalitetskriterier for.

Rapportens indhold

...vand- og stoftransport

Efter en introduktion (afsnit 1) indeholder afsnit 2 en kort beskrivelse af tilbageholdelseskræfter, som fastholder porevandet, herunder en beskrivelse af retentionskurver. Endvidere gives en kortfattet beskrivelse af vand- og stoftransport i umættet zone, med angivelse af væsentlige ligninger, som beskriver transporten. I rapporten findes en meget kortfattet beskrivelse af parameteriseringen af vand- og stoftransport i simuleringsmodellen MACRO.

Rapportens afsnit 3 indeholder generelle betragtninger om problemer med hydrauliske og kemiske forandringer i og omkring prøvetagere og en vurdering af, hvor store vandprøver det er nødvendigt at udtage. Herefter følger, som den væsentligste del af rapporten, en gennemgang af beskrevne prøvetagningsmetoder og deres fordele og ulemper. De beskrevne prøvetagere er delt op i vakuumprøvetagere, gravitationsprøvetagere og øvrige prøvetagere.

...vakuumprøvetagere

Vakuumprøvetagere omfatter væsentligst sugeceller, som er klart den mest beskrevne prøvetagningsmetode overhovedet. Der gives en beskrivelse af forskellige vakuumsystemer, af betydningen af sugecellers porestørrelse, udformning og kemiske sammensætning og af sugecellernes virkningsafstand.

Der findes få eksempler på anvendelse af sugeceller i forbindelse med organiske forbindelser. Flygtige stoffer vil formentligt fordampe fra sugecellerne, og stoffer som sorberer kraftigt til jorden, og som har lille opløselighed i vand, fx PAH’er, er muligvis også problematiske. Mange metaller, som også bindes kraftigt til jord, og som ikke kan opløses, er dog opsamlet med held i sugeceller. Dieselstoffer, samt stoffer der sorberer meget lidt til jord, og har høj opløselighed, som fx MTBE og phenoler, bør kunne opsamles, ligesom en række pesticider med sikkerhed kan opsamles med sugeceller.

Ud over sugeceller findes beskrivelse af filtertip prøvetageren, prøvetagning med hulfibre, membranfiltrering og vakuum-plade prøvetagere. I forbindelse med prøvetagning på forurenede områder synes disse metoder dog generelt at være ufordelagtige i forhold til almindelige sugeceller.

...gravitationsprøvetagere

Gravitationsprøvetagere er opdelt i lysimetre, væge-prøvetagere og andre passive prøvetagere.

Lysimetre (samt væge-prøvetagere) skal nedgraves, hvorfor jorden, og dermed eksisterende forurening, over og omkring lysimetrene bliver stærkt forstyrret, hvilket oftest vil udelukke brug af lysimetre i forbindelse med kortlægning af kendte forureninger. Lysimetre er til gengæld uovertrufne til vurdering af nedsivning/spild, som sker over et allerede etableret lysimeter. I forbindelse med nedsivningsforsøg giver lysimetret således de bedste "referenceværdier" for nedsivningen.

Gravitationsprøvetagere kan også være udformet som fx vertikaltstillede (nedborede) filterrør eller skrå rør eller kamre, som kendes i versioner med ventiler (klapper på røret), der kan åbnes og lukkes. Disse kan nedsættes uden væsentlig forstyrrelse af jord eller grundvand.

En ulempe ved gravitationsprøvetagere er, at de ikke samler vand hele tiden, men kun når porevæsketrykket ligger over markkapacitet, hvorfor prøvetagning, for at mindske tab af flygtige stoffer, bør ske umiddelbart efter en nedsivningshændelse.

...øvrige prøvetagningsmetoder

Af øvrige prøvetagningsmetoder beskrives ekstraktion (udskylning/udvaskning i vand) og udcentrifugering af porevand. Begge metoder baserer sig på udtagning af jordprøver, og begge er metoder vurderes som potentielt anvendelige. De kræver dog videreudvikling og dokumentation.

Konklusion

Litteraturstudiet har givet yderst få artikler om prøvetagning af stoffer, for hvilke der er fastlagt grundvandskvalitetskriterier. Det må fastslås, at der i øjeblikket ikke findes nogle generelle metoder, som kan dokumenteres at være anvendelige til prøvetagning af porevæske, der indeholder de nævnte stoffer. Følgende metoder vurderes dog potentielt at være anvendelige, og kan eventuelt udvikles til egentlige "prøvetagningsmetoder":

• Sugeceller
• Passiv prøvetager (fx rørformet)
• Vandig ekstraktion/udskyldning
• Centrifugering
• Beregning efter fugacitetsprincippet

Afprøvning af metoderne kan gennemføres i tre faser, hvor der indledningsvist udføres afprøvning under kontrollerede laboratorieforhold. Herudfra udvælges en eller to metoder som testes i udendørs lysimeterforsøg. Endelig gennemføres undersøgelser med de udvalgte metoder på forureningslokaliteter.

Til undersøgelse af metoderne kan der udvælges to organiske stoffer med forskellige udvasknings/desorptions-forhold samt et eller to metaller. Undersøgelserne bør foregå med jordtyper bestående af moræneler og smeltevandssand, som er repræsentative for henholdsvis østdanske og vestdanske forhold. Ved etablering af lysimetre skal jordlagene forstyrres mindst muligt. Det skal overvejes, hvordan man bedst muligt kan bevare sprækkezoner. Om muligt bør der anvendes lysimetre, som har været pakket i en årrække.