Dampoprensning med vacuumekstraktion 5. Bestemmelse af fysiske/kemiske parametre5.1 Kornstørrelsesfordeling Til beskrivelse af jordlagenes fysiske/kemiske parametre er der udvalgt 6 jordprøver, der repræsenterer de forskellige jordlag i forsøgsområdet. Prøverne er opstillet i nedenstående tabel 5.1.
Tabel 5.1 5.1 Kornstørrelsesfordeling Der er udført sigte/slemmeanalyser til bestemmelse af kornstørrelsesfordelingen. Sigtekurverne fremgår af bilag 6. På baggrund af de optegnede sigtekurver er prøverne karakteriseret geologisk. Resultaterne af sigtekurvebestemmelsen fremgår af nedenstående tabel. d50 angiver den kornstørrelse i mm, som 50 % af kornene er mindre end eller lig med. Uensformighedstallet, U er defineret som d60/d10, og angiver sorteringsgraden af jord-prøverne.
-: kan ikke bestemmes Tabel 5.2 Som det fremgår af resultaterne i tabel 5.1 og tabel 5.2 er der en rimelig overensstemmelse mellem den geologiske feltbeskrivelse og prøvekarakteristikken udfra sigtekurverne. De udtagne jordprøver er generelt usorterede med indhold af både sand og silt. Prøve E2 2,5-3,5 m og E16 11,5-12,5 m er i felten beskrevet som sand. Kornkurvebestemmelsen viser, at prøverne indeholder en stor sandfraktion, men at indholdet af silt og ler resulterer i at prøverne karakteriseres som silt. 5.2 Organisk stofindhold og vandindhold Der er endvidere bestemt glødetab og naturligt vandindhold på de 6 jordprøver. Resultaterne fremgår af Geoteknisk Instituts rapport af 13. november 1997, som er vedlagt i bilag 6. Resultaterne er gengivet i nedenstående tabel 5.3.
Tabel 5.3 Glødetabet er et relativt primitivt mål for jordens indhold af organisk materiale, idet det antager, at alt organisk materiale forbrændes ved udglødning af jordprøverne. En mere nøjagtig bestemmmelse af det organiske kulstofindhold fås ved udførelse af en kemisk analyse for NVOC (ikke-flygtigt organisk kulstof). Resultaterne fremgår af Vandkvalitetsinstituttets analyserapport af 24. februar 1998, som er vedlagt i bilag 6 og gengivet i tabel 5.4.
Tabel 5.4 Resultaterne af total organisk kulstof er ca. en faktor 10 mindre end glødetabet, svarende til, at der i glødetabet også indgår andre stoffer end kulstof. Resultaterne i tabel 5.4 ligger i underkanten af, hvad der i /17/ er angivet for danske jordarter. 5.3 Varmekapacitet Varmekapacitet er defineret som forholdet mellem tilført varmemængde og den dertil svarende temperaturændring, og er derved et udtyk for jords evne til at oplagre varme. Der er målt varmekapacitet på den fasteste og løseste lejring, som er mulig at opnå ved laboratorieforsøg, idet varmekapaciteten ved naturlig lejring vil befinde sig indenfor dette interval. Målingerne er udført i henholdsvis tør og vandmættet stand. På baggrund af måleresultaterne er varmekapaciteten ved naturligt vandindhold beregnet. Resultater af varmekapacitetmålinger og målemetode fremgår af Geo-teknisk Instituts rapport af 13. november 1997, som er vedlagt i bilag 6. Resultaterne er gengivet i tabel 5.5 på følgende side. Wnat angiver det målte naturlige vandindhold i jordprøverne, og Sw,nat angiver den beregnede vandmætningsgrad.
Tabel 5.5 Resultaterne er i tabel 5.6 inddelt efter den geologiske model opstillet i kapitel 4.
Tabel 5.6 5.4 Varmeledningsevne Varmeledningsevne er defineret som et stofs evne til at overføre energi fra et legeme til et andet uden at der foregår stoftransport, og er derved et udtryk for jordens evne til at lede varme til og fra omgivelserne. Der er målt varmeledningsevne på den fasteste og løseste lejring, som er mulig at opnå ved laboratorieforsøg, idet varmeledningsevnen ved den naturlige lejringsfasthed vil befinde sig indenfor dette interval. Målingerne er udført i henholdsvis tør og vandmættet stand. På baggrund af måleresultaterne er varmeledningsevnen ved naturligt vandindhold beregnet. Resultater af varmeledningsevne og målemetoden fremgår af Geo-teknisk Instituts rapporter af 13. og 24. november 1997, som er vedlagt i bilag 6. Resultaterne er gengivet i tabel 5.7 på følgende side.
Tabel 5.7 I tabel 5.8 er resultaterne inddelt efter den geologiske model opstillet i kapitel 4.
Tabel 5.8 5.5 Karakteristik af forsøgsområdet På baggrund af bestemmelsen af de fysiske-/kemiske parametre kan forsøgsområdet karakteriseres som bestående af altovervejende groft silt og fint sand, dog med et dybereliggende sandlag, som er grovere og mere homogent end det øverste sandlag. Andelen af organisk kulstof i jordlagene andrager kun 0,5-1 promille, og dette betyder, at der kun i ubetydeligt omfang kan ske adsorption af TCE eller PCE i jordlagene. Hoved-parten af forureningen vil være opløst i porevandet, og dette indikerer, at mulighederne for en fuldstændig rensning af jordlagene ved opvarmning er gode. Varmekapaciteten er bestemt til i gennemsnit 0,55 kWh/m3°C i de to øvre jordlag og i gennemsnit 0,35 kWh/m3°C i det nederste sandlag. Tilsvarende er varmeledningsevnen ca. 4 gange højere i de to øvre jordlag end i det nederste sandlag. Som det fremgår af ovenstående er varmekapaciteten for det nedre sandlag lavere end for de to øvre jordlag. Dette skyldes, at luftindholdet i tørt grovkornet homogent sand er højt i forhold til i fugtigt silt, og da varmekapaciteten for luft er væsentlig lavere end for jord og vand, resulterer dette i en lavere varmekapacitet. Analogt til dette ses, at varmelednings-evnen for det nedre sandlag er lavere end for de to øvre lag, hvilket skyldes, at luft leder væsentlig dårligere end jord og vand. Der er således opnået resultater i samme størelsesorden for det øverste og midterste lag, mens resultaterne for det dybereliggende sandlag er lavere. Dette skyldes uden tvivl, at modellen med de tre adskilte lag er meget forenklet, og at de øverste ca. 9 m består af blandet silt og sand. Dette understøttes endvidere af boreprofilerne fra boringerne omkring D4. Boreprofilerne viser, at de øvre jordlag er meget vekslende med en blanding af mere eller mindre sandede og siltede lag, og at jordlagene bliver tydeligt mere homogene og grovkornede med dybden. 5.6 Opvarmning af siltlag ved varmeledning 5.6.1 Tosidig opvarmning af siltlag ved varmeledning På baggrund af målingerne af varmekapacitet og varmeledning kan der udføres teoretiske beregninger af muligheden for at opvarme det lavpermeable siltlag ved hjælp af varmeledning fra de omkringliggende sandlag. Beregningerne er foretaget ved anvendelse af analytiske løsninger af den ikke-stationære varmeledningsligning /14/. De anvendte ligninger fremgår af bilag 7. Siltlaget er regnet homogent, og varmeledningsevnen og varmekapaciteten er sat til henholdsvis 1,3 W/m°C og 0,55 kWh/m3 jvf. tabel 5.6 og tabel 5.8. Tykkelsen af siltlaget er sat til 3 m. Temperaturen i de over- og underliggende jordlag er antaget at være konstant 100°C i de tre beregnede eksempler. Starttemperaturen i siltlaget er antaget at være henholdsvis 10 og 40°C.
Tabel 5.9 Som det fremgår af overstående tabel 5.9 vil det ifølge teoretiske beregninger gennemsnitlig tage ca. 2 uger at opvarme midten af siltlaget til 50°C, og ca. en måned at opvarme midten af siltlaget til 90°C ved varmeledning fra de omkringliggende sandlag. Resultaterne viser, at det er 1,5-2 gange hurtigere at få opvarmet siltlaget de første 40°C end de sidste 40°C. Til sammenligning med de indsamlede moniteringsdata er det endvidere beregnet, at det tager 7 døgn at opvarme siltlaget fra 40 til 60°C. 5.6.2 Ensidig opvarmning af siltlag ved varmeledning Til beregning af, hvor lang tid det vil tage at opvarme et lavpermeabelt lag ved varmeledning fra et over- eller underliggende højpermeabelt lag benyttes ligningerne i bilag 7. Der er ved de udførte beregninger regnet med et uendelig tykt siltlag, og varmeledningsevnen og varmekapaciteten er sat til henholdsvis 1,3 W/m°C og 0,55 kWh/m3 jvf. tabel 5.6 og tabel 5.8. Temperaturen i det over- eller underliggende jordlag er antaget at være konstant 100°C i de beregnede eksempler. Starttemperaturen i siltlaget er antaget at være 10°C, og det er beregnet hvor længe det tager at opvarme de første 3 m af siltlaget til over 90°C.
Tabel 5.10 Som det fremgår af overstående tabel 5.10 vil det ifølge teoretiske beregninger gennemsnitlig tage ca. 3 måneder at opvarme et siltlag til 50°C, og ca. 3 år at opvarme et siltlag til 90°C ved ensidig varmeledning. Resultaterne viser, at det er ca. 8 gange hurtigere at få opvarmet siltlaget de første 40°C end de sidste 40°C. Sammenholdes resultaterne fra tabel 5.8 og tabel 5.9 ses, at en temperaturstigning fra 10 til 50°C tager ca. 9 gange så lang tid ved ensidig varmeledning som ved varmeledning fra begge sider. Endvidere fremgår det, at en temperaturstigning fra 10 til 90°C tager ca. 31 gange så lang tid ved endsidig varmeledning som ved varmeledning fra begge sider. På baggrund af de teoretiske beregninger vurderes således, at opvarmning ved varmeledning fra omkringliggende højpermeable lag er en effektiv måde at opvarme lav-permeable lag på. Derimod er det en langsommelig proces at opvarme et lavpermeabelt lag udelukkende ved varmeledning fra et over- eller underliggende højpermeabelt lag, hvilket betyder, at en sådan løsning i praksis vil være forbundet med store omkostninger. 5.7 Teoretisk temperaturstigning i det forurenede område På baggrund af kendskab til den tilførte varmemængde kan der udføres en teoretisk beregning af, hvor lang tid det vil tage at opnå en temperaturstigning fra 10 til 100°C i jordlagene. Beregningerne fremgår af bilag 7. Der er ved beregningerne regnet med homogene jordlag, og der er set bort fra varmetab til omgivelserne. Jordlagene på ejendommen er opvarmet med en kapacitet på 1000 kg damp pr. døgn med et damptryk på ca. 6-7 bar og en temperatur på ca. 165°C over en periode på 25 døgn. Dette har resulteret i et damptryk på ca. 1 bar i dampboringerne. Ved aflæsning på en damptabel giver dette en damptemperatur på ca. 120°C og et totalt varmeindhold i dampen på 2706 kJ/kg. Varmekapaciteten for de to øverste jordlag er i gennemsnit 0,55 kWh/m3°C og varmekapaciteten for det nedre sandlag er i gennemsnit 0,35 kWh/m3°C. Resultaterne fremgår af nedenstående tabel 5.11.
Tabel 5.11 Det forurenede jordvolumen er vurderet til ca. 15.000 m3. Under forudsætning af, at de øverste ca. 9 m består af blandet silt og sand og de nederste 6 m består af sand vil det gennemsnitlig tage ca. 35 dage at opvarme hele det forurende område til 100°C. Dampen er reelt tilført i 25 døgn, og på baggrund heraf kan den gennemsnitlige teoretiske temperatur i jordlagene efter opvarmning af hele området i 25 dage beregnes til 64°C. Da udgangstemperaturen i jorden er ca. 10°C medfører dette en teoretisk temperatur på 74°C. På baggrund af resultaterne i tabel 5.10 kan det endvidere beregnes, hvor lang tid det vil tage at opvarme jordlagene i boring M1-M3 til 100°C. Beregningerne fremgår af bilag 7. Der er ved beregningerne regnet med homogene cylindre, og der er set bort fra varmetab til omgivelserne. Resultaterne er opstillet i nedenstående tabel 5.12.
Tabel 5.12 Det tager således 1-2 timer at opnå 100°C i M1, 7-16 timer at opnå 100°C i M2, og 1-3 døgn at opnå 100°C i M3.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||