10 Vurdering af metodernes anvendelighed

Vurdering af naturlig nedbrydning af tjærestoffer i grundvand. Ringe Tjære- og Asfaltfabrik, Ringe, Fyn

For grundvandsforureningen med tjærestoffer på og nedstrøms RTA er anvendt traditionelle metoder i samspil med mere specielle metoder og nyere metoder for dokumentation ”line of evidence” af naturlig nedbrydning.

10.1 Udvikling i stofsammensætning

Vurdering af udvikling i stofsammensætning indenfor stofgrupperne og i det totale indhold af tjærestoffer har været meget velegnet til at vurdere, hvilke stoffer der potentielt udgør problemstoffer, og som indikation på, hvilke stoffer der nedbrydes. For optimalt udbytte heraf er det meget væsentligt, at der foretages analyser for alle betydende stoffer indenfor hver stofgruppe. Desuden er det væsentligt, at der analyseres i kildeområde såvel som fane og helst også på evt. NAPL-fase eller kraftigt forurenede jordprøver. Endelig er det vigtigt at tage højde for evt. effekt af sorption og NAPL opløsning, hvorfor et godt kendskab til stoffernes karakter er nødvendigt.

Sammenligning med viden om stoffernes nedbrydelighed indhentet ved litteraturstudiet har været essentielt for at validere vurderingerne foretaget på basis af traditionelle analyser. Litteraturstudiet har desuden bidraget til at udpege potentielle problemstoffer, som ikke var omfattet af standard analysepakkerne men væsentlige for vurdering af risikoen.

10.2 Redoxparametre

I nogle tilfælde kan forbruget af redoxfølsomme parametre som elektronacceptorer anvendes som dokumentation for, at der foregår nedbrydning (ikke stofspecifik). Måling af redoxparametre har kun i begrænset omfang kunnet tjene til dokumentation af, at nogle af stofferne nedbrydes i/nær kildeområdet ved denne lokalitet. Specielt i fanen, hvor stofkoncentrationerne er lavere, er det vanskeligt at bedømme, om redoxforholdene er påvirket af nedbrydning af tjærestoffer, idet forholdene i magasinet er naturligt reducerede. Dette må forventes også at gøre sig gældende ved mange andre lokaliteter.

Redoxforholdene er imidlertid af afgørende betydning for, om stofferne nedbrydes og i givet fald hvor hurtigt. Det er derfor af stor betydning, at der foretages målinger af redoxparametrene for vurdering af redoxforholdene og dermed nedbrydningspotentialet.

10.3 Specifikke nedbrydningsprodukter

En nyere teknik er bestemmelse af specifikke nedbrydningsprodukter. I dette tilfælde er der analyseret for specifikke anaerobe nedbrydningsprodukter af TEXmN’er. Detektion af de specifikke nedbrydningsprodukter er dokumentation for nedbrydning af det specifikke stof. Da nedbrydningsprodukterne ikke akkumuleres men nedbrydes videre, er manglende detektion ikke udtryk for persistens. Et tilstrækkeligt lavt detektionsniveau for nedbrydningsprodukterne i det forurenede grundvand er afgørende for anvendelse af metoden. På denne lokalitet var metoden successfuld og dokumenterede anaerob nedbrydning af flere TEXmN’er i det kraftigt forurenede område. Desværre findes der ikke noget specifikt nedbrydningsprodukt af benzen. For de øvrige stofgrupper er der kun kendskab til enkelte specifikke nedbrydningsprodukter, og analyser herfor var ikke tilgængelige for projektet.

10.4 Isotopfraktionering

En anden nyere teknik er isotopfraktionering. Nedbrydning af organiske stoffer kan bevirke en ændring i sammnesætningen af stabile kulstofisotoper i stoffet. Denne teknik kan anvendes til dokumentation for nedbrydning af en række organiske stoffer, men er kun tilgængelig for en del af tjærestofferne. Blandt tjærestofferne har metoden hidtil fortrinsvis været anvendt for BTEX’erne. Isotopfraktioneringen ved nedbrydningen af BTEX’er er forholdsvis lille, hvilket bl.a. er relateret til det høje antal kulstof i molekylerne.

Metoden er på denne lokalitet anvendt for BTEX. Metoden dokumenterede nedbrydning af TEX i kildeområde og fane i fin overensstemmelse med detektionen af de specifikke nedbrydningsprodukter. For benzen viste metoden ingen nedbrydning af benzen i den koncentrerede del af fanen og yderst i fanen var koncentrationsniveauet for lavt for bestemmelse af isotopfraktion. Metoden var således velegnet for vurdering af nedbrydning ved denne lokalitet men ikke tilstrækkeligt følsom for benzen yderst i fanen. Potentialet for brug af metoden er godt, men det kan øges ved udvikling af en metode med forbedret følsomhed.

De nyere teknikker – specifikke nedbrydningsprodukter og isotopfraktionering – er ikke et alternativ til traditionelle metoder, og de bør således altid anvendes sammen med de traditionelle metoder.

10.5 Nedbrydningsforsøg

En styrke ved de ovennævnte metoder er, at de måles på prøver fra forureningsfanen og giver direkte information om processer i fanen. I flowsystemer, hvor der løbende sker opløsning, transport og fortynding af stofferne, er det vanskeligt at vurdere, om et stof nedbrydes langsomt eller er persistent. I flaskeforsøg kan effekten på koncentrationen af et problemstof ved nedbrydning adskilles fra effekter af opløsning og fortynding. Når de omtalte nyere feltteknikker ikke er til rådighed for alle relevante stoffer, er laboratorieforsøg med materialer fra lokaliteten en mulighed for belysning af nedbrydningspotentialet.

En stor udfordring ved opsætning af laboratorieforsøg er at opnå og bibeholde forhold, som er repræsentative for forholdene i forureningsfanen. Der kan være betydelig variation i forholdene lokalt i fanen/magasinet, så alene det at udtage materialer og grundvand, som er repræsentative for hele eller dele af en forureningsfane, er en udfordring. Den efterfølgende homogenisering og opblanding af materiale og grundvand må naturligvis føre til en vis ændring af forholdene. Hertil kommer så den påvirkning, som kan/vil ske under prøvetagning og opsætning af forsøgene samt den efterfølgende håndtering.

Nedbrydningsforsøg i flasker i laboratoriet med materiale fra lokaliteten er i dette projekt anvendt til at belyse nedbrydningspotentialet naturligt og ved stimulering samt til at bestemme nedbrydningsrater for udvalgte problemstoffer.

Som følge af den komplekse geologi og smalle forureningsfane ved lokaliteten, var det yderst vanskeligt at sikre udtagelse af repræsentative materialer til forsøgene. Desuden viste det sig ikke muligt at udtage intakte materialer fra dele af magasinet. Ved sammensætningen af materialer og grundvand er det tilstræbt at skabe forhold repræsentative for forskellige dele af fanen. Desuden er det tilstræbt, at undgå påvirkning af forholdene under udtagelse af materialer og forsøgsopsætning samt håndtering.

Det er ved forsøgene lykkedes at opnå forhold som ligger tæt op ad forholdene i dele af forureningsfanen. Men forholdene var tilsyneladende ikke fuldt repræsentative for den centrale del af fanen, hvor den kraftigste forurening og de mest reducerede forhold er truffet. Det er vanskelligt at vurdere, i hvor høj grad dette skyldes, at det tilgængelige materiale fra magasinet/fanen ikke var repræsentativt for forholdene i den centrale del af fanen, og i hvor høj grad det er relateret til påvirkninger ved udtagelse, opsætning og hændelser i forbindelse med håndteringen.

Nedbrydningsforsøgene har for denne lokalitet vist, at der er et godt potentiale for nedbrydning af problemstofferne udenfor den cetrale del af fanen, hvor forholdene er kraftigst reducerede, samt at nitrat stimulerer nedbrydningen. Der er set en fin overensstemmelse mellem flaskeforsøgene og feltresultaterne mht., hvilke problemstoffer der først nedbrydes, og hvilket der er tungest nedbrydeligt. Nedbrydningsforsøgene har således udgjort et væsentligt led i ”line of evidence” på trods af vanskelighederne med at opnå/bibeholde repræsentative forhold i flaskerne. Men vanskelighederne med at opnå repræsentative forhold illustrerer vigtigheden af ikke at lade nedbrydningsforsøg stå alene, men at forholde sig kritisk til resultaterne og anvende disse i sammenhæng med feltundersøgelser.

10.5.1 Nedbrydningsrater

På basis af nedbrydningsforsøg er det muligt at bestemme lokale nedbrydningsrater for stofferne. Nedbrydningsraterne vil ofte være meget afhængige af forholdene, herunder tilgængeligheden af elektronacceptorer. Det er således meget vigtigt at forholde sig kritisk til, hvilke forhold forsøgene repræsenterer, og hvilke forhold der hersker i forureningsfanen. De meget varierende forhold, som kan optræde i en forureningsfane eller generelt i et magasin, betyder, at der kan være meget varierende nedbrydningsrater i forskellige dele af en forureningsfane. Flaskeforsøg vil således kun repræsentere den del af en fane, som optræder under tilsvarende forhold.

I de udførte forsøg blev målt meget høje nedbrydningsrater for specielt benzen og thiophen. Det skabte nogen usikkerhed omkring, hvorvidt hændelser i starten af forsøgene kunne have påvirket forholdene, således at nedbrydningen skete urealistisk hurtigt. Der er dog ikke umiddelbar sammenhæng mellem hændelserne og den hurtige nedbrydning. Det indikerer, at forholdene i flaskerne ikke repræsenterede den centrale del af fanen. Længst ude i fanen er forholdene mere reducerede, og her viser feltresultaterne faktisk også hurtig nedbrydning af disse stoffer. For de øvrige stoffer var nedbrydningsraterne typisk lavere og forskellige for forskellige flaskeserier, ligesom der specielt for 2,6-xylenol var en betydeligt længere lag-fase. De mest realistiske nedbrydningsrater vurderet på basis af forsøgene for den ydre del af fanen har ved de igangværende undersøgelser vist sig også at resultere i en realistisk faneudbredelse.

Nedbrydningsforsøgene har således vist sig ved kritisk anvendelse af resultaterne at være velegnede til at bedømme nedbrydningsrater lokalt, hvor tilstrækkeligt repræsentative forhold opnås i forsøgene.

Nedbrydningsrater fra flaskeforsøg kan ikke anvendes ukritisk og skal altid sammenholdes med de aktuelle forhold for brug ved risikovurderinger.

10.6 Stoftransportmodellering

Ved stoftransportmodellering for en forureningsfane kan strømning og fortynding kobles sammen med retardation ved sorption samt nedbrydning knyttet til redoxforhold. Dette giver mulighed for at opstille forskellige scenarier – f.eks. med forskellige nedbrydningsrater for forskellige zoner i magasinet – og sammenligne scenarierne med forureningsudbredelsen. Efter kalibrering i forhold til målte koncentrations niveauer kan stoftransportmodellering anvendes til støtte for risikovurdering, herunder vurdering af behov for supplerende undersøgelser, og vurdering af evt. tiltag over for forureningen.

Ved RTA er foretaget stoftransportmodellering for udvalgte problemstoffer. Kildestyrken i modellen er simplificeret til et konstant input, der er således ikke taget højde for variation i udvaskning over tid i modellen. Da de geologiske og dermed strømningsmæssige forhold ved RTA er meget komplekse er det ikke forsøgt at få den simulerede fane til at falde nøjagtigt sammen med den reelle fane, i stedet er sammenligninger gjort for maksimal koncentrationer i en given afstand, og skift i redoxzoner (og dermed nedbrydningsrater) er indlagt for afstande svarende til de afstande, hvor den reelle fane er vurderet at passere disse. Dette koncept har vist sig velegnet for RTA fanen.

For RTA er stoftransportmodellen anvendt til at simulere scenarier med forskellige nedbrydningsrater, dels de ved nedbrydningsforsøgene bestemte rater og dels lavere rater. Udbredelsen af stofferne i simuleringerne er så sammenholdt med målte koncentrationsniveauer. Derved har det været muligt at bedømme, indenfor hvilket interval fanen måtte ligge, og derved hvor stor en ressource, der kunne være påvirket. Om end placeringen af nye boringer fortrinsvis er fastlagt ud fra de geologiske og dermed strømningsmæssige forhold og ud fra forureningspåvirkningen i eksisterende boringer, har modelleringen derved bidraget til fastlæggelse af i hvilken afstand ny viden primært ville bidrage til vurdering af forureningsudbredelsen ved sammenligning med simuleringerne.

I dette tilfælde har stoftransportmodelleringen været anvendt meget interaktivt sammen med geologiske og kemiske data og været med til at validere brugen af nedbrydningsrater fra nedbrydningsforsøgene. Dette kræver relativt kompleks stoftransportmodellering med mulighed for horizontal og vertikal zonering og tilskrivning af forskellige nedbrydningsrater mv. i zonerne. Til gengæld har det i dette tilfælde vist sig at være et meget stærkt værktøj. For optimal anvendelse af stoftransportmodellering kræves ret detaljeret viden om/tolkning af geologiske/hydrogeologiske forhold, forureningsforhold og nedbrydningsforhold. I dette tilfælde er ikke anvendt sekventiel nedbrydning, ved andre forureningstyper er der imidlertid ofte behov for dette.

10.7 ”Line of evidence”

Metoderne til vurdering af naturlig nedbrydning beskrevet ovenfor er hver især stærke kort i vurderingen. Ingen af dem kan dog stå alene, styrken består i at anvende dem sammen og interaktivt. Specielt for en kompleks forurening og geologi som ved RTA er der behov for alle metoderne for at opnå ”line of evidense” for den rette tolkning af betydningen af den naturlige nedbrydning og dermed udbredelsen af forureningen, som ligger til grund for risikovurdering og vurdering af behovet for yderligere tiltag.