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

Erfaringsopsamling på passiv ventilation til fjernelse af klorerede opløsningsmidler fra umættet zone

2 Passiv ventilation

• 2.1 Konceptuel model
• 2.2 Teoretisk grundlag
• 2.3 Forudsætninger og indledende tests
  • 2.3.1 Vakuumventilationstest
  • 2.3.2 Indledende test af passiv ventilation
  • 2.3.3 Tracertest
• 2.4 Generel systemopbygning
  • 2.4.1 Immissionsberegning

2.1 Konceptuel model

Passiv ventilation er baseret på udnyttelse trykforskellen mellem den umættede zone og atmosfæren til ventilation af den umættede zone.

Konceptet bag afskæringsmetoden er baseret på følgende: En flygtig forureningskomponent som PCE findes i den øvre del af det næsten fuldt vandmættede dæklag af et lavpermeabelt materiale som fx moræneler. Igennem lerlaget spredes forureningen ved advektion (nedsivning) videre ned i den umættede zone, bestående af et mere højpermeabelt materiale (sand, kalk el.). I den umættede zone spredes forureningen både horisontalt og vertikalt ved diffusion samt vertikalt nedad ved advektion som opløst stof i porevandet.  Forureningen når til sidst den kapilære zone lige over det egentlige grundvandsspejl, og opblandes i den øverste del grundvandsmagasinet.

Kildeområdet afgiver en mængde forurening til den underliggende permeable, umættede zone pr. tidsenhed – i det følgende benævnt ”stof-flux”, og det er i denne zone, at passiv ventilation kan reducere den videre stoftransport til grundvandet.

Figur 1: Konceptuel model bag passiv ventilation som afværgemetode til hel eller delvis afskæring af stoftransport til grundvandet – under faldende atmosfæretryk.

En konceptuel model for stoftransporten fra kildeområdet i dæklaget til det umættede sand/kalk lag og videre til den mættede zone er illustreret i figur 1. Fra kildeområdet i dæklaget vil der være en stof-flux til det umættede sandlag. Herfra vil forureningen transporteres gennem den umættede zone og videre til den mættede zone, og der vil altså ligeledes være en stof-flux fra umættet til mættet zone. Konceptet bag passiv ventilation er at reducere koncentrationen i det umættede sand/kalklag under dæklaget. Ved reduktion af koncentrationen i umættet zone vil fluxen fra umættet zone til mættet zone ligeledes reduceres, og dette vil derfor på længere sigt resultere i en reduktion af koncentrationen i grundvandet.

2.2 Teoretisk grundlag

Mellem atmosfæren og den umættede zone vil der forekomme trykforskelle som resultat af dæmpning og forsinkelse af trykforplantningen gennem jordlagene. Størrelsen af disse vertikale trykgradienter afhænger bl.a. af den overliggende jords (dæklagets) tykkelse og permeabilitet samt den hastighed, hvormed atmosfæretrykket ændres.

Ved faldende atmosfæretryk vil der i den umættede zone – hvis der findes et lavpermeabelt dæklag, blive opbygget et differenstryk over dæklaget. Dette sker, da trykforplantningen og dermed trykudligningen gennem dæklaget sker langsommere end den rate, hvormed atmosfæretrykket falder. Det absolutte tryk i den umættede zone vil således blive større end atmosfæretrykket.

For at skabe en udligning af trykforskellen mellem atmosfæren og den umættede zone, vil poreluften søge fra den umættede zone og mod terræn. Ved passiv ventilation udnyttes disse vertikale trykgradienter til transport fra umættet zone til terræn via lodrette filterrør, der virker som en præferentiel strømningsvej for poreluften.

Figur 2: Situation under lavtryk (venstre) og højtryk (højre).

Ved stigende atmosfæretryk vil trykket i atmosfæren blive større end i den umættede zone. Dette vil medføre, at luften presses ned i jorden for at udligne trykforskellen. Ved etablering af boringer til passiv ventilation monteres typisk en èn-vejs ventil i boringen, der kun tillader luft at strømme ud af boringen. Herved undgås en fortynding og spredning af forureningskomponenter i gasfasen i den umættede zone ved stigende atmosfæretryk.

Størrelsen af flowet fra den umættede zone afhænger generelt af differenstrykkets størrelse samt permeabiliteten i den umættede zone. Der er i princippet en lineær sammenhæng mellem tryk og flow gennem et filter op til en vis grænse /ref. 2/. Denne sammenhæng er udtrykt ved:

ΔP = α · Q

ΔP er differenstrykket over dæklaget
Q er flowet
α er filterets specifikke ydelse

Boringerne for passiv ventilation vil afhængigt af antal, influensradius samt filtersætning give anledning til ventilering af et givent volumen af den umættede zone. Størrelsen af flowet kan sammen med det volumen jord, der ventileres, benyttes til at estimere det antal porevolumenudskiftninger, den passive ventilering kan forventes at give.

2.3 Forudsætninger og indledende tests

Generelt kræver brugen af passiv ventilation en geologi med et relativt lav permeabelt dæklag over en umættet zone med høj permeabilitet. Dæklaget er med til at dæmpe den vertikale trykforplantning, og dæmpningen er en funktion af både mægtigheden og permeabiliteten af  laget. Det lavpermeable dæklag resulterer således i en trykforskel mellem atmosfære og umættet zone ved ændringer i atmosfæretrykket. Generelt vil der kunne opnås de højeste differenstryk ved store dæklagstykkelser, da trykforplantningen gennem jorden foregår relativt langsomt.

For at teste, hvorvidt passiv ventilation er en mulig løsning, kan en række indledende tests benyttes.

2.3.1 Vakuumventilationstest

Til udførelse af vakuumventilationstest kræves en boring, hvorfra der kan pumpes, samt et antal observationsboringer. Testen udføres ved at påføre vakuum til én boring, mens differenstrykket i observationsboringerne logges.

I figur 3 er en vakuumventilationstest udført på lokaliteten Svenskelejren i Brønshøj illustreret. Der pumpes fra B8 og moniteres på 3 filtersatte Geoprobesonderinger (GB1-GB3). Under testen øges flowet, hvilket tydeligt fremgår af ændringen i differenstryk i pumpeboring B8, jf. figur 3.

Figur 3: Vakuumventilationstest, Svenskelejren i Brønshøj.

Som det ses af figuren, er der registret respons i alle moniteringsboringerne. Boring GB1 er placeret længst fra pumpeboringen i en afstand af ca. 30 m. Resultaterne indikerer generelt, at der er en høj permeabilitet i sandlaget og en god luftgennemstrømning, samt en lav dæklagspermeabilitet.

Det fremgår ligeledes, at der ikke opnås stationære forhold i pumpeperiode 2 og 3, idet trykket synes at blive ved med at falde. Dette kan muligvis være tegn på, at sandlaget under lokaliteten ikke har en uendelig udstrækning, men derimod er en afgrænset ”lomme”. Resultaterne kan således være et udtryk for, at der stødes på en ”negativ barriere”, fordi sandlommen tømmes for luft, og der dermed opbygges et større og større vakuum.

Vakuumventilationstesten kan desuden benyttes til at estimere luftstrømningsparametre for sandlaget. Permeabiliteten for sandlaget kan dels bestemmes på baggrund af stationære observerede vakuum og dels på baggrund af den registrerede trykudvikling i de første få minutter, inden stationære forhold indtræder (transiente data). Yderligere kan den vertikale permeabilitet i dæklaget, estimeres ud fra de sammenhørende målinger af vakuum som funktion af tiden.

2.3.2 Indledende test af passiv ventilation

Ved denne test etableres typisk én ventilationsboring. I boringen logges differenstryk og flow over en periode. Da det ikke er muligt at logge disse to parametre i samme boring samtidig, kan der gennem måleperioden foretages en række samhørende manuelle målinger af flow og differenstryk. Desuden kan differenstrykket logges i en referenceboring et stykke fra testboringen. Den lineære sammenhæng mellem de målte flow og differenstryk vil give en indikation af, hvor stort et flow, der kan forventes ved et givent differenstryk. Ud over flow og differenstryk, bør atmosfæretrykket logges, hvorved sammenhængen mellem differenstryk og ændring i atmosfæretryk kan følges.

Et typisk datasæt for en måleperiode er illustreret i figur 4.

Figur 4: Variation i fundamentale parametre for passiv ventilation (PV) for en periode med både stigende og aftagende atmosfæretryk.

Af figuren fremgår en tydelig sammenhæng mellem differenstryk og atmosfæretryk, hvor det ses, at differenstrykket stiger ved faldende atmosfæretryk og omvendt. Logges koncentrationen af klorerede opløsningsmidler i testboringen sammen med flowet, vil den typiske sammenhæng være som illustreret nederst i figur 4. Der kan dog forekomme variationer i udstrømningerne afhængigt af forureningen og placeringen af den benyttede boring i forhold til forureningsudbredelsen.

I den illustrerede test er koncentrationen af klorerede opløsningsmidler målt med en photoakustisk multi-gasmonitor (INNOVA 1312-A gasmonitor). Ved faldende atmosfæretryk vil der forekomme flow ud af boringen, og koncentrationen af klorerede stoffer vil derfor stige. Det illustrerede forsøg er foretaget ved brug af en én-vejs ventil, hvorfor der udelukkende måles flow ud af testboringen ved faldende atmosfæretryk.

Som det fremgår af figur 4, er koncentrationen af PCE under en udstrømningsperiode initielt stigende og bliver først efter nogen tid stabil. Dette vanskeligggør en sikker måling af den maksimale koncentration uden brug af et kontinert registrerende instrument. Alternativt kan der udføres en række manuelle målinger med en håndholdt PID-måler og udtages luftprøver på kulrør til analyse.

De manuelle målinger af flow og differenstryk vil typisk give en lineær sammenhæng som i eksemplet fra Smallegade på Frederiksberg, se figur 5.

Figur 5: Sammenhæng mellem flow og differenstryk. Test af passiv ventilation, Smallegade Frederiksberg.

2.3.3 Tracertest

For at undersøge en borings influensradius kan der udføres tracertests, hvor en tracergas tilsættes en boring i umiddelbar nærhed af testboringen. Ved at logge koncentrationen af tracergas i testboringen kan det fastslås, om der er kontakt mellem de to boringer, samt hvor lang transporttiden er fra den ene boring til den anden.

På lokaliteten Møllevej i Askov er der udført et tracerforsøg med kulmonooxid, CO, som tracergas. Tracergassen er injiceret i boring PV3, beliggende ca. 12 m fra boring PV2, hvor koncentrationen af CO logges. Som det fremgå af resultaterne af tracertesten, jf. figur 6, ses der gennembrud af CO efter ca. 5 dage. Situationsplan for lokaliteten Møllevej findes i bilag 1.

Figur 6: Tracerforsøg, Møllevej i Askov.

Tracerforsøget viser, at der er sammenhæng mellem boring PV2 og PV3, samt at influensradius for boring PV2 er mindst 12 m.

2.4 Generel systemopbygning

Systemopbygningen for anlæg baseret på passiv ventilation bygger på samme koncept, men selve opbygningen kan variere og opbygningen kan ske på baggrund af den fysiske indretning af den enkelte lokalitet. I det følgende er de forskellige varianter kort beskrevet og i figur 7 ses illustrationer af de forskellige varianter. Systemerne i figur 7 beskrives fra venstre mod højre.

Èn-vejs-ventiler bruges i stort set alle systemvarianter for at begrænse strømning af atmosfærisk luft ned i den umættede zone. Uden en sådan ventil vil der i perioder, hvor atmosfæretrykket er større end trykket i den umættede zone, opstå en luftstrøm af atmosfærisk luft tilbage i jorden via boringen. Selvom dette i sig selv ikke forhindrer systemet i fortsat at fjerne forurening, så betyder indblæsningen af den atmosfæriske luft, at forurenet poreluft bliver presset væk fra selve boringen, hvilket vil medføre en vis fortynding.  Herved vil der fjernes mindre forurening når det igen bliver lavtryk.

Figur 7: Generel systemopbygning for passiv ventilation

Boring med kulfilter under terræn

Systemet består af et antal boringer filtersat i umættet zone. Filteret monteres med et blindrør, hvor der for enden monteres et overgangsstykke. Ovenpå overgangsstykket monteres evt. et kulfilter for opsamling/rensning af den opstrømmende forurenede luft, alt afhængig af de aktuelle forureningskoncentrationer og imissionskrav på den enkelte lokalitet. Afkastet fra kulfilteret føres fra brønden over terræn og afsluttes i en svanehals.

Boring med kulfilter over terræn

Systemet består af et antal boringer filtersat i umættet zone. Blindrøret fra boringen føres over terræn, hvor et kulfilter monteres. Afkastet ledes til atmosfæren, hvilket kan foregå via en skorsten, svanehals el.

Ventilationsledninger til manifold

Et alternativ til at montere et kulfilter eller afkastsystem på hver boring er, at de enkelte boringer via ventilationsledninger samles i en fælles manifold. Denne kan placeres enten over eller under terræn, og den opstrømmende luft kan evt. ledes gennem et kulfilter for rensning.

Horisontal boring

Systemerne for passiv ventilation, omtalt ovenfor, består alle af lodrette boringer. I tilfælde af, at forureningen er beliggende under en bygning, kan der etableres et system med en vandret eller skrå boring under huset. Den udstrømmende luft kan ledes til terræn og evt. gennem et kulfilter via en lodret ventilationsledning.

Optimering af flow

For at optimere flowet af poreluft ud af en passiv ventilationsboring, kan vakuumet i boringen øges. Dette kan blandt andet gøres ved brug af små ventilatorer eller pumper, der drives af batterier, der løbende oplades af solceller og/eller mini-vindmøller, jf. figur 7.

2.4.1 Immissionsberegning

Til vurdering af, hvorvidt det er nødvendigt at benytte kulfiltre til rensning af afkastluften fra passive ventilationsboringer på en given lokalitet, kan der udføres immissionsberegninger. Ved disse beregninger kan beregningsprogrammet OML (Operationel Metrologisk Luftkvalitetsmodel) benyttes til at kontrollere, om B-værdien (bidragsværdien) overholdes.

Som eksempel på immissionsberegninger udført i forbindelse med passiv ventilation, benyttes beregninger udført for lokaliteten Carlshøjvej i Lyngby, jf. ref. 29. Beregningerne er udført efter ca. 6 års drift, hvor det er ønsket at vurdere, om kulfiltrene fra tørbrøndene kan fjernes. Der er udtaget luftprøver på kulrør fra de 5 boringer for passiv ventilation. Koncentrationerne fremgår af tabel 1.

Tabel 1: Koncentrationer af klorerede opløsningsmidler i µg/m³ i afkastluften fra boringer for passiv ventilation på Carlshøjvej i Lyngby.

Som det fremgår af tabellen, er PCE det stof, der forekommer i de højeste koncentrationer. Den højeste koncentration på 7200 µg/m³ er målt i PV4. En beregning af immissionskoncentrationen af PCE fra boring PV4, ved hjælp af OML-modellen, viser et niveau i den mest belastede receptor, tættest på boringen (< 5m), på 0,027 µg/m³. Dette niveau er mere end 1000 gange lavere end B-værdien for PCE, der er 0,01 mg/m³.

OML-modellen vurderes for den pågældende lokalitet at kunne være unøjagtig, bl.a. på grund af den meget lave afkasthøjde fra svanehalsene (0,5 m.o. terræn), og det forhold, at flere af afkastene ligger meget tæt på en bygning (ca. 12 m), påvirker opblandingsforholdene betragteligt.

Der er derfor parallelt med OML-beregningerne gennemført en teoretisk beregning med udgangspunkt i det meget nære volumenområde, der kan påvirkes. Hertil er betragtninger om vindhastighed, opblandingshøjde og opblandingsareal vurderet i afstande af 1, 5 og 10 m fra kilden.

Tabel 2: Immissionskoncentrationer [mg/m³] af PCE i given afstand og vindhastighed – Carlshøjvej, Lyngby.

De røde felter i tabel 2 angiver ved hvilken vindhastighed og afstand, der vil kunne ske overskridelse af B-værdien for PCE. For de øvrige målte og analyserede stoffer ligger immissionsværdierne mindst 500 gange under de værdier, der er målt for PCE. Da B-værdierne for disse stoffer samtidig er højere, vil immissionskoncentrationer af disse stoffer i nærhedszonen ikke overskride B-værdierne.

På baggrund af ovenstående OML-immissionsberegninger er det konkluderet, at koncentrationen af samtlige målte og analyserede stoffer ligger på et niveau, hvor de ventilerede koncentrationer for enkeltstofferne vurderes at kunne overholde de respektive B-værdier uden kulfilter. Ved anvendelse af nærhedszoneberegninger ses det dog, at der under særligt svage vindforhold kan ske overskridelse af B-værdierne tæt på afkastene, når der ikke er monteret velfungerende kulfiltre.

Immissionsberegninger som vist i eksemplet fra Carlshøjvej kan altså benyttes til vurdering af, om der skal benyttes kulfiltre til luftrensning eller ej. Endvidere viser eksemplet, at det ligeledes er vigtigt, at der tages højde for de konkrete forhold på lokaliteten, så som afkasthøjde, placering af bygninger ol. ved vurdering af immissionerne. Der kan ydermere være principielle grunde til at benytte kulfiltre til rensning, da der kan være virke paradoksalt at fjerne forurening fra umættet zone for at lede den direkte til udeluften.

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

Version 1.0 Oktober 2008, © Miljøstyrelsen.