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

Kemisk/biologisk filter til nedbrydning af klorerede opløsningsmidler i grundvand

7 Perspektivering

De udførte laboratorieforsøg viser, at det er muligt at nedbryde TCE i en matrix bestående af Fe(0) og grøntpiller. Ud fra forsøgene, foreligger der et stort data materiale, men vi må dog erkende, at før et evt. potentiale for et kombineret filter kan fastlægges, forestår der stadig et stort arbejde i laboratoriet. F.eks. skal parametre som filterindhold (varierende partikelstørrelse på jern og evt. andet biologisk materiale), opbygning (procentvis fordeling af bio- og jernmateriale, skal jern og biologisk materiale holdes adskilt eller sammenblandes), følsomhed overfor flow variationer, driftsikkerhed, robusthed osv. undersøges yderligere.

Det er vores vurdering, at der kan optimeres på ovenstående parametre, således at der kan opnås en væsentlig forbedring af nedbrydning samt driftsikkerhed for et kombineret filter. Dette sammen med udenlandske erfaringer vedr. kombineret kemisk/biologisk nedbrydning af klorerede ethener, og med det faktum in mente at et kombineret filter ideelt set nedbryder en TCE-forurening til harmløse stoffer, er det vores formodning, at det kombinerede filter i visse situationer har et potentiale som rensefilter.

For at det kombinerede filter har en berettigelse som rensefilter, er det selvfølgelig vigtigt, at det m. h. t. specielt rensegrad og funktionsdygtighed samt pris er konkurrencedygtigt i forhold til kendte teknikker, som f.eks. et aktivt kulfilter.

Der er derfor foretaget en meget foreløbig sammenligning af et kul- og kombineret filter i dette afsnit. Det kombinerede filter er endnu i et meget indledende udviklingstrin, så sammenligningen bygger på en del antagelser for det kombinerede filters vedkommende .

7.1 Filtre med aktivt kul

Anvendelse af kulfiltre er en velkendt teknologi. Et aktivt kulfilter er baseret på en fysisk/kemisk adsorptionsproces af forureningskomponenterne til fint granulerede kulpartikler med en høj specifik overflade (op til 2000 m²/g /ref. 14/) samt med et højt potentiale for adsorption.

Adsorptionsprocessen afhænger af følgende faktorer: /ref. 14/

1. fysiske egenskaber af kullet,
2. kulkildens kemiske natur eller mængden af ilt og brint associeret med den,
3. den kemiske sammensætning og koncentration af forureningskomponenten,
4. tilstedeværelse af andre stoffer (art og koncentration),
5. kullets adsorptionsaffinitet over for forureningskomponenten
6. temperaturen og pH i vandet,
7. kontakttiden mellem vand og kul.

Kulfiltre er igennem mange år anvendt som rensefilter på vandværker til spildevand, ved afværgeprojekter o.s.v., hvilket betyder, at der i dag er en stor viden om kulfiltrenes fordele og ulemper, som er med til at forenkle dimensioneringen af kulfilter-anlæg.

Adsorptionskapaciteten på aktiv kul varierer meget for forskellige stoffer. F. eks. er PCE og TCE forholdsvis lette at adsorbere på aktivt kul, mens DCE og VC er relativt svagt adsorberbare /ref. 14/, hvilket fremgår af nedenstående figur 9.

Figur 9:
Adsorptionskurve for Klorerede ethener på aktivt kul /ref. 24/

Det fremgår ligeledes af figur 9, at adsorptionskapaciteten stiger med højere koncentrationer, selvom fordelingskoefficienten falder med højere koncentration.

Et aktivt kulfilter dimensioneres ud fra vandmængde, koncentrationen af de forurenende stoffer og evt. andre stoffer, opholdstid, og den erfaringsmæssige adsorptionsevne for den aktive kultype. Det er vigtigt at være opmærksom på andre stoffer end lige den/de forureningskomponenter, der har interesse i en given situation, idet aktivt kul ikke er selektivt, men vil adsorbere alle adsorberbare stoffer i vandet, hvilket kan indvirke på effekten i forhold til det stof, der har interesse.

På grund af den store specifikke overflade har kulfiltre den fordel, at selve filteret ikke kræver meget plads selv ved håndteringen af forholdsvis store vandmængder. Dette er et væsentlig aspekt ved afværgeprojekter, som tit foregår i tæt bebyggede områder, og med deraf følgende restriktioner vedr. pladsforhold for afværgeanlægget

Ulempen ved et kulfilter er, at det ikke omsætter det miljøfremmede stof. Kulfilteret sørger for en kontrolleret håndtering af det/de miljøfremmede stoffer, idet det faseforskyder disse fra at være opløst i vand til at være adsorberet på kullene. Dette medfører, at det aktive kul efter bortskaffelse kræver en ekstra behandling, enten til deponering eller regenerering, hvor der i begge tilfælde er tale om en miljømæssig belastning. Derudover kan det være nødvendigt med beluftning og gennemskylning for at sikre kulfilterets drift, hvilket ikke er ideelt i forbindelse med klorerede ethener.

Tabel 4:
Fordele og ulemper ved anvendelse af aktive kulfiltre til vandrensning

7.2 Kombineret kemisk/biologisk filter

Ideen med at kombinere kemisk/biologisk nedbrydning af klorerede ethener har principielt fire anvendelsesmuligheder:

1. Som rensefiltre ved afværgeprojekter, hvor der oppumpes moderate vandmængder med moderate koncentrationer.
2. Som forrensning/reduktionsfilter ved meget høje koncentration
3. Som rensefilter til nedbrydning af mindre forekomster af TCE i råvand beregnet for procesvand og eventuelt drikkevand.
4. Som medie i en reaktiv permeabel barriere for gennemstrømning af forurenet grundvand.

Specielt for punkt 4 er det dog noget usikkert, om der er økonomi i at grave plantemateriale ned i jorden. Dette vil afhænge af levetiden for dette. Omvendt er plantematerialet et meget billigt produkt.

Det kemiske/biologiske filter dimensioneres formodentlig på grundlag af vandmængde/flow, koncentrationsniveau af klorerede ethener samt evt. indhold af andre stoffer (f.eks udfældningspotentiale for kalk, jernkarbonater o.s.v.). På det foreliggende grundlag er det ikke muligt at forudsige levetiden for det kombinerede filter. Afhængig af vandtypen, der skal behandles, vurderes jernets levetid at være 1-5 år. For den biologiske matrix vil den formodentlig være i størrelsesordenen 1- 4 år.

Udskiftning af den biologiske matrix vil være billig, lavteknologisk, og der vil ikke være et miljøbelastende restprodukt. Udskiftning af jernmatricen vil også være forholdsvis billig ( da der kun bruges ca. 14 % jern), lavteknologisk og uden miljøbelastende restprodukt. Det antages således, at den udskiftede matrice kan genanvendes i andre sammenhænge. Endvidere forudsættes det, at selve driften at filteret er lavteknologisk.

Som det fremgår af resultaterne fra undersøgelsen er der variation på drifteffektiviteten (halveringstider) af filteret. Fra en workshop om permeable reaktive barrierer afholdt i Belfast i april 2001 ved vi, at disse variationer er normale for processerne under laboratorieforhold, og at de også observeres i forbindelse med fuldskalaanlæg. Dette er selvfølgelig ikke optimalt for et filter i kontinuerlig drift, men det er vores formodning, at et on-site fuld-skala-anlæg er mere robust overfor fluktationer, hvilket vil minimere variationerne.

At der kan være variation på halveringstiden, med varierende renseeffekt til følge vil betyde, at der skal foretages en forholdsvis intens monitering på filteret, hvilket er et fordyrende led. Påvises der en variation i renseeffekt kan konsekvensen blive, at der skal opstilles opbevaringstanke, vandet skal kunne recirkuleres, og i værste tilfælde må man opgive at bruge filteret i den givne situation.

Som det fremgår under diskussionen, kap. 4 tyder vore resultater på, at der er den bedste drift af reaktoren, når der er et vist flow igennem denne. Dette kan skyldes, at den fysiske påvirkning via flowet nedsætter udfældnings- tilklogningsraten i reaktoren. Dette kan således også indikere, at det kombinerede filter er følsom overfor egentlige driftstop, idet der så kan indstille sig en ligevægt i filteret som fremmer udfældning/tilklogning.

Til trods for, at det ikke er undersøgt i nærværende projekt, er vores formodning/postulat, at et kombineret filter vil være særligt attraktiv at bruge i forhold til et aktivt kulfilter i forbindelse med en blandingsforurening af klorerede ethener og kulbrinter eller ved vandtyper, som naturligt har et højt indhold af organisk stof. Et indhold af organiske stof medfører en forringet effektivitet af det aktive kulfilter i forhold til klorerede ethener, hvilket skyldes en kombination af, at det organiske materiale optager aktive sites samt biologisk aktivitet.

For det kombinerede filter vil det "teoretisk" tværtimod være en fordel, at der er et indhold af organisk materiale/kulbrinter i grundvandet. Kulbrinterne vil delvis have samme funktion som den organiske matrice nemlig at indgå som primær substrat for mikroorganismerne i nedbrydning af de klorerede ethener.

Bl.a. kan det nævnes, at nogle af de første substrater der blev brugt til nedbrydning af klorerede ethener var toluen og phenol / ref. 15/, og der er udført fuldskala afværgeprojekter med injicering af toluen til nedbrydning af TCE /ref. 16/. Endvidere vil omsætningen af kulbrinter medvirke til sænkning af redoxpotentialet i filteret, hvilket fremmer omsætningen af hovedsagelig PCE og TCE. Dette er påvist i flere projekter vedr. naturlig nedbrydning bl.a. /ref. 17/, hvor der i fanen med blandingsforurening sker den største omsætning af PCE og TCE, hvilket forklares med, at det var her, der var det laveste redoxpotential.

Tabel 5:
Fordele og ulemper ved anvendelse af kombineret filter

I nedenstående afsnit er der opstillet en meget overordnet vurdering på prissættelse af et aktivt kulfilter og et kombineret filter for to scenarier i forbindelse med et afværgeprojekt.

Scenarie 1

Som aktivt kulfilter er valgt anlægget Hårlev/Veng, da det er detaljeret beskrevet i /ref. 14/. Der er angivet følgende data for kulfilteret.

Gennemsnitlig indløbskoncentration af TCE er 900 µg/l
Behandlet vandmængde er 5 m³/time.
Renseanlæg består af beluftning/sandfiltrering samt to serieforbundne kulfiltre med et filtervolume pr. filter på 3,4 m³.
Kulforbrug er 0,16 kg/m³.
Anlægsomkostninger ca. 630.000,- kr.
Udgifter til aktivt kul ca. 250.000,- kr./år

Ovenstående data er fra 1998. Det er oplyst af Storstrøms Amt, at driftsudgif-terne i 2001 er ca. 150.000,-, hvilket skyldes en kombination af lavere indløbs-koncentrationer end i 1998 samt løbende driftoptimeringer.

Ved en indløbskoncentration af TCE på 900 µg/l, der skal nedbringes til 10 µm g TCE i udløbskoncentration, og en vandmængde på 5 m³/time vil et kombineret filter få følgende dimensioner.

Opholdstid i filteret:

Med et flow på 5 m³/t og en porøsitet på 0,4 bliver det nødvendige volumen ca. 80 m³. Volumen kan opdeles i to tanke med en diameter på 2,4 og en længde på ca. 9 m.

Med en ligelig fordeling af volumen på jerndelen og den biologiske del bliver den nødvendige jernmængde i filteret ca. 10 tons, sandmængden/lecasand/ grus bliver ca. 55 m³, og der skal anvendes ca. 20 m³ biologisk materiale.

Som et groft skøn vil tankene koste ca. 500.000,- kr.
Jernet vil koste ca. 50.000,- kr.
Sand, grus og lecasand vil koste ca. 20.000,- kr.
Plantemateriale vil koste 5.000,- kr.

Ovenstående priser er meget foreløbige og vil derfor kunne variere en del.

På lokaliteten er der en del arbejde med at fylde materialet i filtrene, hvilket vurderes at koste i størrelsesordenen 50.000,- kr.

Forøget monitering anslås til ca. 150.000,- kr.

Usikkerhed på omkostninger sættes til 25%. De samlede udgifter for filterdelen vil således ligge i størrelsesordenen 975.000,- kr.

Sammenholdes udgiften for det kombinere filter med kulfilteret for Hårlev/Veng lokaliteten vurderes der i dette tilfælde at være økonomi i det kombinerede filter, hvis det har en levetid på 2-3 år.

Det skal påpeges, at beregningerne er behæftet med meget stor usikkerhed, da der er flere parametre, der ikke er endeligt fastlagt. Endvidere forholder beregningerne sig ikke til udgifter til afhjælpning af evt. tryktab, sikkerhedsforanstaltninger mv. da dette p.t. ikke er undersøgt.

Som ovenstående eksempel viser får det kombinerede filter i dette eksempel en meget stor dimension, hvilket i sig selv vil medføre en begrænsning i anvendelse af det kombinerede filter, idet der ved mange afværgeforanstaltninger ikke vil være den fornødne plads til filteret.

Scenarie 2

I Hedensted er der etableret en hydraulisk kontrol, hvor det rensede vand ledes tilbage til grundvandsmagasinet. Vandbehandlingsanlægget har kostet 475.000,- kr. Der oppumpes ca. 1,5 m³/t med en middelkoncentration af TCE på ca. 20 mg/l, og et indhold af organisk stof bl.a. stammende fra en dieselforurening.

Til behandling af ovenstående vandmængde skal opholdstiden i det kombinerede filter være:

Med et flow på 1,5 m³/t og en porøsitet på 0,4 bliver det nødvendige volumen ca. 40 m³. Det kombinerede filter vil således være konkurrencedygtig med det aktive kulfilter, hvis levetiden er minimum 1,5-2 år.

I dette tilfælde vurderes det kombinerede filter at kunne være en attraktiv løsning.

Som yderligere scenarier for det kombinerede filters anvendelse kunne der, under antagelse af at nedbrydning i filteret ved lave koncentrationer stadig er første ordens med en halveringstid på 1 time, være aspekter i at anvende det til rensning af vand til f.eks procesvand evt. drikkevand. Er indholdet af TCE f. eks 25 µg/l og ønskes det nedbragt til 1 µg/l, ved et flow på 5 m³/t skal filteret have en størrelse på ca. 60 m³. Ved en koncentration på 25 µg TCE/l er loadningen på aktivt kul ca. 0,1 ⁰/₀₀. Har det kombinerede filter en levetid på minimum 2-3 år har det muligvis en berettigelse. Et kombinationsfilter anvendt til drikkevandsformål må forventes at skulle efterfølges af et normalt sandfilter til finpolering for organiske humuslignende stoffer.

7.3 Vurderinger

Ovenstående betragtninger om det kombinerede filter bygger på mange antagelser, og der er mange aspekter, der ikke er belyst, som både kan forøge eller forringe/umuliggøre benyttelsesmulighederne for et kombineret filter, men der vurderes dog at være nogle generelle samfundsmæssige udviklingstendenser, som taler for at arbejde videre med det kombinerede filter. Her tænkes specielt på, at samfundsudviklingen går i retning af mindre miljøbelastning, jf. udvikling af renere teknologier, livstidsbetragtninger, øget nedbrydning frem for kontrolleret håndtering o.s.v. Dette mener vi, at det kombinerede filter forsøger at efterleve.

Anvendelse af det kombinerede filter til rensning af grundvand forurenet med klorerede ethener, og måske specielt blandingsforureninger har måske potentiale til at blive økonomisk attraktivt i forhold til traditionel rensning med f.eks. aktivt kul. Der forestår dog et udviklings- og optimeringsarbejde inden metoden er operationel i fuld skala i Danmark.