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

Erfaringsopsamling for reduktiv deklorering som afværgeteknologi i moræneler

6 Forundersøgelser før afværge

• 6.1 Nedbrydningsforhold
  • 6.1.1 Redoxforhold og nedbrydningsprodukter
  • 6.1.2 Isotopfraktionering
  • 6.1.3 Antal af specifikke bakterier
  • 6.1.4 Treatabilityforsøg
  • 6.1.5 Pilotskalaforsøg
  • 6.1.6 Sammenstilling af undersøgelser af nedbrydningsforhold
• 6.2 Fraktureringsforsøg
  • 6.2.1 Hydraulisk frakturering
  • 6.2.2 Pneumatisk frakturering
  • 6.2.3 Sammenstilling af fraktureringsmetoder
• 6.3 Injektionsforsøg
  • 6.3.1 Top-down injektion med GeoProbe
  • 6.3.2 Injektion under tryk i boringer
  • 6.3.3 Gravitationsinjektion i boringer
  • 6.3.4 Sammenstilling af injektionsmetoder

Før en afværge med biostimuleret eller bioaugmenteret anaerob deklorering sættes i gang, laves der undersøgelser for at få kendskab til nedbrydningsforhold, behovet og muligheden for at tilsætte elektrondonor og bakterier. På nogle lokaliteter er der udført fraktureringsforsøg for at forsøge at øge antallet af sprækker, og derved gøre afstanden mellem kontaktfladerne mindre.

I dette afsnit inddrages lokaliteterne fra gruppe 3, hvor der efterfølgende forundersøgelserne er oprenset med biostimuleret og bioaugmenteret anaerob reduktiv deklorering i moræneleret. Vasbyvej er inddraget i forbindelse med fraktureringsforsøg, da det er den eneste danske morænelerslokalitet, hvor der indtil 2008 er udført pneumatisk frakturering. Undersøgelserne, der er lavet på lokaliteterne i gruppe 3 og Vasbyvej, kan ses i tabel 6.

Tabel 6: Metoder benyttet til forundersøgelser før afværge med biostimuleret og bioaugmenteret anaerob reduktiv deklorering på lokaliteterne i gruppe 3 og på Vasbyvej.

6.1 Nedbrydningsforhold

Der benyttes flere metoder til at undersøge nedbrydningsforholdene i et forurenet område. Man kan betragte redoxforhold, sammensætningen af klorerede opløsningsmidler og deres nedbrydningsprodukter, betragte stabile isotopfraktionering, bestemme antallet af specifikke nedbrydere (Dehalococcoides) i grundvandet, udføre treatabilityforsøg eller in situ pilotskalaforsøg. Afslutningsvis sammenstilles vurderingen af nedbrydningsforholdene på lokaliteterne. Vurderingen er udarbejdet på baggrund af resultaterne fra ovennævnte undersøgelser.

6.1.1 Redoxforhold og nedbrydningsprodukter

For at der sker nedbrydning ved anaerob reduktiv deklorering er det nødvendigt, at de rette redoxforhold, samt specifikke bakterier er tilstede. Nedbrydningen af PCE/TCE til 1,2-cis-DCE forløber under anaerobe forhold. De mest optimale forhold for den anaerobe reduktive deklorering fra 1,2-cis-DCE til VC er jern- til sulfatreducerende forhold. Fra VC til ethen er det mest optimale jernreducerende til methandannende forhold. Forekomsten af Dehalococcoides er afgørende for den naturlige nedbrydning, da de er de eneste kendte bakterier, der kan nedbryde fuldstændigt til ethen (Scheutz et al., 2006). Bakterien skal dog have et bestemt gen, vinylchloridreduktase (Vcr), for at nedbryde VC til ethen.

Ud fra fordelingen mellem moderstofferne (PCE og/eller TCE) og nedbrydningsprodukterne (1,2-cis-DCE, 1,1-DCE, 1,2-trans-DCE, VC, ethen og ethan) kan nedbrydningspotentialet på lokaliteten betragtes. Det kan for eksempel forventes, at forholdene ikke er reducerede nok til, at nedbrydningen kan finde sted, hvis der overvejende findes PCE/TCE på en lokalitet. Endvidere kan det forventes, at der ikke sker nogen komplet naturlig nedbrydning, hvis der ses en ophobning af 1,2-cis-DCE og at de rette redoxforhold findes på lokaliteten (der findes utilstrækkeligt antal af Dehalococcoides på lokaliteten). Hvis VC er tilstede, kan det forventes, at der findes Dehalococcoides på lokaliteten, og hvis ethen/ethan træffes i betydeligt omfang, kan det forventes, at der findes Dehalococcoides med det specifikke Vcr gen. Dog kan der være afvigelser fra disse vurderinger.

Der er målt på moderstoffer og nedbrydningsprodukter på alle lokaliteter. I tabel 7 ses stoffordelingen og redoxforholdene på lokaliteterne. Resultaterne fra Gl. Kongevej 39 tyder på, at der ikke sker nogen naturlig nedbrydning. Dette kan skyldes at forholdene ikke er reducerede nok (nitratreducerende) og/eller at der ikke findes specifikke bakterier på lokaliteten. På de andre lokaliteter, hvor der ses naturlig nedbrydning, er redoxforholdene også mere reducerede. At den videre nedbrydning til ethen/ethan ikke er fundet, kan skyldes, at Dehalococcoides med Vcr genet ikke findes, eller at det er nødvendigt med mere reducerede forhold (sulfatreducerende til methandannende forhold).

Tabel 7: Dominerende forureningskomponenter i kildeområdet og fanen, samt redoxforhold på lokaliteten.

*Kildeområde

6.1.2 Isotopfraktionering

Til dokumentation af den naturlige nedbrydning af klorerede opløsningsmidler kan isotopfraktionering anvendes. I denne metode betragtes ændringen i forholdet mellem stabile kulstofisotoper. Metoden er yderligere beskrevet i Broholm et al. (2007). Undersøgelser af isotopforholdet for ¹²C og ¹³C for klorerede ethener på Rugårdsvej S viste, at det var muligt at vurdere den anaerobe deklorering på lokaliteten uafhængigt af koncentrationsmålinger. I fortolkningen er det antaget, at TCE initielt har et isotopforhold på -25 ‰ til -30 ‰.

Der blev udtaget 3 prøver fra leret i kildeområdet og 15 vandprøver fra det mellemste sekundære magasin. Resultaterne viste, at der i leret var en betydelig nedbrydning af TCE (til 1,2-cis-DCE), da isotopforholdet for TCE var aftaget til -16,6 ‰. Der var ikke dokumentation for nedbrydning fra VC til ethen, idet fraktionen for VC var

-30 ‰ til -37 ‰, hvilket er lavere end for TCE initialt. Resultaterne fra det sekundære magasin viste en god overensstemmelse mellem graden af nedbrydning vurderet på basis af isotopfraktioner henholdsvis molfraktion og dannelsen af nedbrydningsprodukter.

Isotopforholdene er endvidere undersøgt på Sortebrovej inden fuldskalaoprensningens påbegyndelse. Her viste resultaterne at isotopfraktionen af TCE i 6 vandprøver lå på -27,8 til -24,5 ‰ mens fraktionen var omtrent konstant for 1,2-cis-DCE på -30 ‰. Isotopfordelingen på Sortebrovej viste, at der i begrænset omfang skete en nedbrydning af TCE til 1,2-cis-DCE, men ingen videre tegn på nedbrydning af 1,2-cis-DCE på lokaliteten.

På Vasbyvej blev det ud fra isotopanalyser af de klorerede ethener og ethaner fastslået at den primære nedbrydning fandt sted i moræneleret især omkring det ene kildeområde, hvor der tillige fandtes mere reducerede forhold. Nedbrydningen af de klorerede ethener blev fundet mere markant end nedbrydningen af de klorerede ethaner. Analyse af isotopfraktionering kan derved bruges til at undersøge, hvor nedrydningen finder sted, samt hvilke stoffer der nedbrydes.

6.1.3 Antal af specifikke bakterier

Resultaterne fra analysen af antallet af specifikke nedbrydere kan benyttes til at vurdere, om det er nødvendigt at bioaugmentere. Hvis der ikke findes Dehalococcoides eller Dehalococcoides med Vcr genet samtidig med, at der ikke er målt ethen/ethan, vil det sandsynligvis være nødvendigt at bioaugmentere.

Antallet af Dehalococcoides er bestemt på alle fire lokaliteter i gruppe 3. På Gl. Kongevej 39 og Vesterbrogade er antallet kun bestemt i det sekundære grundvand, hvor antallet i moræneleret også er bestemt på Rugårdsvej ML og Sortebrovej.

På Gl. Kongevej 39 blev der ikke fundet Dehalococcoides. På Vesterbrogade blev det største antal fundet i kildeområdet (tabel 8). Antallet faldt med afstanden fra kildeområdet. Prøverne fra Rugårdsvej ML viste, at den primære andel af bakterier fandtes i grundvandet. Dette indikerer at bakterierne overvejende findes i sandslirer eller sprækker og at de er forholdsvis mobile (der blev målt op til 2000 celler/g sediment). Det blev endvidere fundet, at antallet af Dehalococcoides var væsentlig højere i vandprøver fra sandslirer og -linser i lerlaget sammenlignet med vandprøver fra det dybere liggende mellemste sekundære magasin. Dette indikerer, at der (lokalt, hvor prøven er udtaget) er potentiale for nedbrydning i sandslirer og -linser i den øvre del af leret. På Rugårdsvej ML blev der endvidere identificeret Dehalococcoides med Vcr gen, hvilket viser, at der er potentiale for fuldstændig nedbrydning til ethen under de rette forhold. Vcr er angivet i genkopier pr. liter vandprøve. Da det antages, at hver Dehalococcoides kun besider et gen, kan resultaterne tolkes som antallet af Dehalococcoides med Vcr gen (tabel 8).

Udførte undersøgelser af den generelle bakteriepopulation på Sortebrovej i 2003 (før fuldskalaoprensning) viste, at antallet af bakterier svarede til antallet fundet i grundvandssedimenter fra andre lokaliteter. Der fandtes lave niveauer af Dehalococcoides i prøverne. Antallet kunne ikke kvantificeres, da det lå omkring detektionsgrænsen på 700 celler pr. gram sediment for de anvendte PCR-metoder.

Resultaterne viser, at der ved at kende antallet af specifikke bakterier opnås godt kendskab til, om der kan forventes at finde nedbrydning sted uden bioaugmentering. Man bør dog tage i betragtning, at antallet kan variere på lokaliteten, så der i visse områder finder nedbrydning sted og i andre ikke.

Tabel 8: Antal Dehalococcoides fundet i vandprøver fra kildeområdet og i fanen før oprensning.

u.d. Under detektionsgrænsen - Ikke målt

6.1.4 Treatabilityforsøg

Ved at udføre treatabilityforsøg opnås der kendskab til den naturlige, stimulerede og bioaugmenterede nedbrydning gennem en tidsperiode. På Gl. Kongevej 39 og Vesterbrogade var formålet med treatabilityforsøgene at undersøge, om der kunne opnås fuldstændig nedbrydning ved kun at tilsætte elektrondonor, eller om det også var nødvendigt at bioaugmentere. Endvidere fås et estimat for tiden det tager for at opnå komplet nedbrydning i sprækker/sandslirer ved biostimulering alene, samt viden om bioaugmentering kunne give en hurtigere komplet nedbrydning. Formålet med forsøgene på Rugårdsvej ML er tilsvarende, men der blev anvendeligheden af forskellige elektrondonorer også undersøgt, samt hæmmende faktorer (eksempelvis kan klorerede ethaner eller freon komponenter være hæmmende for nedbrydningen). I tabel 9 ses, hvor forsøgene er udført, samt hvilke elektrondonorer og bakterier der er benyttet i forsøgene.

Tabel 9: Beskrivelse af hvor treatabilityforsøgene blev udført, samt hvilke elektrondonorer og bakterier der blev benyttet.

På Gl. Kongevej 39 og Vesterbrogade blev der udført treatabilityforsøg med sediment fra både over (forvitret) og under (uforvitret) redoxgrænsen i kildeområdet. Det var nødvendigt, at bioaugmentere i forsøgene fra den forvitrede zone på Vesterbrogade for at opnå fuldstændig nedbrydning af 1,2-cis-DCE. Forsøgene fra den uforvitrede zone viste, at hvor der var fundet Dehalococcoides i grundvandet, kunne der opnås fuldstændig nedbrydning af TCE til ethen under naturlige forhold på 120 dage på Vesterbrogade. På Gl. Kongevej 39, hvor der ikke blev fundet Dehalococcoides i grundvandet, var det nødvendigt at bioaugmentere for at få nedbrydningen til at finde sted i begge forsøg. Af forsøgene blev det fundet nødvendigt med methanogene forhold for at få nedbrydningen fra 1,2-cis-DCE til ethen til at forløbe.

På Rugårdsvej ML viste forsøgene, at der var potentiale for naturlig nedbrydning til 1,2-cis-DCE. Under naturlige forhold blev TCE nedbrudt i løbet af ca. 50 dage, hvorefter 1,2-cis-DCE stabiliseres forsøgsperioden ud (ca. 300 dage, ingen nedbrydning). Forsøgene, hvor der blev tilsat elektrondonor, forløb hurtigere end under naturlige forhold. På baggrund af forsøgene blev elektrondonerne listet i forhold til dekloreringsgrad i følgende rækkefølge (den hurtigste først): Chitorem^®, HRC^®, laktat, propionat og Newman Zone^®. Forsøgene antydede, at der ikke naturligt findes Dehalococcoides på lokaliteten, da det var nødvendigt at tilsætte bakterier for at stimulere den videre nedbrydning af 1,2-cis-DCE. Ved tilsætning af både elektrondonor og KB-1^® blev den fuldstændige nedbrydning af de klorerede opløsningsmidler observeret efter 60 dage (Chitorem^®) og 90-130 dage (laktat, propionat og HRC^TM). Efter 270 dage var der endnu ikke opnået fuldstændig nedbrydning med Newman Zone^®.

På Sortebrovej standsede nedbrydningen af TCE ligeledes ved 1,2-cis-DCE i forsøgene uden tilsætning af bakterier (forsøgsperiode 240 dage), mens nedbrydningen forløb hele vejen til ethen i de bioaugmenterede forsøg (ethen sås efter 120-170 dage ved tilsætning af bakterier på dag 67).

I tabel 10 ses en oversigt over de udførte nedbrydningsforsøg på lokaliteterne og en vurdering af nedbrydningsforholdene i forhold til en videre afværge med anaerob deklorering.

6.1.5 Pilotskalaforsøg

På Gl. Kongevej 39, Vesterbrogade, Sortebrovej og Rugårdsvej ML er der udført in situ pilotskalaforsøg. I det følgende fokuseres der på resultaterne fra forsøgene. I afsnit 6.3 Injektionsforsøg vil injektionsmetoderne blive evalueret. Pilotskalaforsøgene blev udført som en del af injektionsforsøgene på Gl. Kongevej 39 og Vesterbrogade, hvor de på Rugårdsvej ML og Sortebrovej blev udført som separate forsøg. Det bør bemærkes, at undersøgelserne på Rugårdsvej ML er meget omfangsrige i forhold til på Gl. Kongevej 39, Vesterbrogade og Sortebrovej, der er kørt som kommercielle projekter.

På Gl. Kongevej 39 og Vesterbrogade blev der injiceret elektrondonor (melasse) ét sted på hver lokalitet i kildeområdet. På Gl. Kongevej 39 blev der injiceret 25 kg opblandet med 6 liter vand, og på Vesterbrogade blev der injiceret 59 kg opblandet med 6 liter vand. Der blev injiceret fra 3,5-7,1 kg i hver injektionsdybde.

For at undersøge effekten på redoxforholdene blev der udtaget vandprøver fra 3 etablerede filtre i ½-1 m afstand til injektionen. Tilstedeværelsen af melasse (undersøgt ved måling af glukoseindhold, ledningsevne, NVOC og pH), udviklingen i redoxforhold og udviklingen i sammensætningen af klorerede opløsningsmidler blev undersøgt. På både Gl. Kongevej 39 og Vesterbrogade ændrede forholdene sig mod mere reducerede efter forsøget, og derfor mere gunstige for anaerob deklorering. På Gl. Kongevej 39 var der indikationer på nedbrydning af TCE, og på Vesterbrogade blev en tydelig nedbrydning af 1,2-cis-DCE og VC opnået.

På Rugårdsvej ML blev der under tryk injiceret elektrondonor (Newman Zone^®) og bakterier (KB-1^®) i 3 filtersatte boringer: 2 i et område med naturlige sandslirer og én i en fraktureringsboring (beskrevet i afsnit 6.2.1 Hydraulisk frakturering). Effekten af injektionen i sandslirefeltet og frakturfeltet er undersøgt ved efterfølgende grundvandsmonitering i 18 filtre (6 i frakturfeltet og 12 i sandslirefeltet) og ved kerneprøvetagning (efter 5 og 18 måneder i frakturfeltet og efter 18 måneder i sandslirefeltet). De målte parametre kan ses i Bilag D.

I grundvandet i sandslirefeltet blev der fundet en langsom udvikling mod mere reducerede forhold (150-350 dage) i forhold til i frakturfeltet (30-40 dage). Selv om der blev opnået reducerede forhold og specifikke bakterier (op til 10⁷-10⁸celler/l), blev der ikke observeret nedbrydning klorerede opløsningsmidler i sandslirefeltet. Det bør dog tages i betragtning, at koncentrationen af de klorerede ethener (1,2-cis-DCE og VC) var højere (op til 240.000 µg1,2-cis-DCE/l), hvorfor nedbrydningen kan have fundet sted, uden at kunne identificeres. Den anaerobe deklorering af klorerede opløsningsmidler i frakturfeltet steg efter injektionen af elektrondonor og bakterier (dekloreringsgrad steg fra ca. 50 til ca. 80 på 89 dage). I frakturfeltet blev der efter 150-350 dage set et fald i indholdet af fermenteringsprodukter, NVOC og dekloreringsgrad, hvilket kan indikere at den tilsatte elektrondonor er omsat.

Elektrondonor og bakterier var ikke fordelt i hele det etablerede sprækkenetværk ved fraktureringen. Dette blev fundet ved betragtninger af kerneprøver. Der blev dog observeret betydelig effekt af den stimulerede anaerobe deklorering på indholdet af 1,2-cis-DCE og VC i matrix ved flere sandstriber fundet i kerneprøverne efter både 5 og 18 måneder. I nogle blev der ydermere identificeret udvikling af en reaktionszone i matrix, der synes at vokse efterhånden, som de klorerede ethener nedbrydes (Jøregensen et al., 2007a). I figur 8 ses et eksempel herpå. Reaktionszonen strækker sig 3-4 cm ind i matrix.

Figur 8: Fordelingen af klorerede ethener og Dehalococcoides i lermatrix. Kernen (FRKB1) er udtaget 5 måneder efter injektionen af elektrondonor og bakterier, ca. 1,5 m fra injektionsboringen. u.d. er under detektionsgrænsen på 1,5^.10¹ celler/g.

Tabel 10: Vurdering af naturlig, biostimuleret og kombineret biostimuleret og bioaugmenteret nedbrydning i treatabilityforsøgene. Fra Rugårdsvej ML er treatabilityforsøgene med Newman Zone, der blev injiceret på lokaliteten betragtet, da det var denne elektrondonor der blev benyttet ved afværgen.

På Sortebrovej blev der injiceret substrat og bakterier i boringer i 3 testfelter i kildeområdet. I testfelterne udførtes hhv. gravitationsinjektion af EOS^® og KB-1^® i naturlige sandslirer, gravitationsinjektion af EOS^® og KB-1^® i sprække dannet ved hydraulisk frakturering, og injektion af Chitorem^® i forbindelse med sprækkedannelse ved hydraulisk frakturering. Effekten af injektionerne er undersøgt ved efterfølgende grundvandsmonitering gennem 1 år i 8 boringer.

Redoxforholdene blev generelt i alle tre testfelter på Sortebrovej mere reducerede, dekloreringsgraden steg og ethen kunne måles i samtlige moniteringsboringer 1 år efter pilotforsøgets start. Da der tilsyneladende ingen nævneværdige fordele (i influensradius, osv.) var blevet opnået ved kunstig sprække konstruktion via frakturering, blev det anbefalet at basere fuldskalaoprensning på lokaliteten på gravitationsinjektion af EOS^® og KB-1^® i naturlige slirer.

I tabel 11 ses en vurdering af nedbrydningsforholdene ud fra in situ biostimuleret og kombineret biostimuleret og bioaugmenteret anaerob reduktiv deklorering undersøgt ved pilotnedbrydningsforsøg.

Inden der udføres pilotskalanedbrydningsforsøg, bør udgifterne overvejes i forhold til udgifterne forbundet med en fuldskalaoprensning. På Rugårdsvej ML, er der lavet meget omfangsrige undersøgelser, som led i et udviklingsprojekt. Et tilsvarende omfang af undersøgelser vil normalt ikke stå mål med udgifterne for fuldskalaoprensning.

Tabel 11: Vurdering af nedbrydning ved in situ biostimulering og kombineret biostimulering og bioaugmentering.

6.1.6 Sammenstilling af undersøgelser af nedbrydningsforhold

I tabel 12 ses en vurdering af nedbrydningsforholdene ved at betragte de fem undersøgelser alene. Sammenstillingen viser god overensstemmelse mellem vurderingerne. Den gode overensstemmelse kan antyde at det måske ikke er nødvendigt at udføre alle undersøgelser for at vurdere nedbrydningsforholdene. Tids- og omkostningsmæssigt vurderes de første tre metoder at være bedst. Dog opnås der fordelagtig viden om muligheden for at stimulere den anaerobe deklorering ved de sidste to metoder.

Betragtes vurderingen af nedbrydningsforholdene ud fra nedbrydningsprodukterne, antallet af bakterier og treatabilityforsøg, ses stort set samme resultat. Det kan overvejes, om man, med den viden man har i dag om stimulering af nedbrydning af klorerede ethener med anaerob deklorering, behøver at udføre treatabilityforsøg, hvis forureningen udelukkende består af klorerede ethener. Løbetiden for treatabilityforsøgene er meget lang (op til 1 år), hvor resultaterne af de andre undersøgelser fås inden for kort tid (uger). Desuden er treatabilityforsøgene relativt dyre på grund af kerneprøvetagning og store analyseomkostninger. Det skal tages i betragtning, at man på Gl. Kongevej 39 ved at betragte nedbrydningsprodukterne og antallet af bakterier alene, nok ikke havde gennemført en fuldskalaoprensning med biostimuleret og bioaugmenteret anaerob reduktiv deklorering, da resultaterne ikke så særlig lovende ud. Ved at man gennemførte treatabilityforsøg blev det fundet muligt at iværksætte en effektiv omsætning af klorerede ethener ved tilsætning af elektrondonor og bakterier på lokaliteten. På lokaliteter, hvor der er tvivl, kan treatabilityforsøg således afklare situationen.

En anden fordel ved at lave treatabilityforsøg er, at de kan afsløre noget i forhold til inhibering af nedbrydningen af klorerede opløsningsmidler fra for eksempel fra triklorethan (TCA) eller freon forbindelser (som man muligvis ikke har kendskab til tilstedeværelsen af). På Vasbyvej, Baldersbækvej og Høje Tåstrupvej er der blandede forureninger med både TCE og TCA. Treatabilityforsøg fra disse lokaliteter tyder på, at TCA omsættes meget langsomt og kan inhibere omsætningen af 1,2-cis-DCE og VC (Broholm et al., 2008). I forbindelse med blandingsforureninger anbefales det, at man fortsat udfører treatabilityforsøg.

En måde, hvorpå resultaterne fra treatabilityforsøgene kunne udnyttes bedre på, er ved at inddrage dem i vurderingen af, hvor meget elektrondonor og bakterie det er nødvendigt at tilsætte ved afværgen. Den eneste lokalitet, hvor dette er benyttet er på Rugårdsvej S.

I figur 9 ses en sammenligning af resultaterne fra treatabilityforsøgene og pilotskalanedbrydningsforsøgene på Rugårdsvej ML. En interessant iagttagelse er, at nedbrydningen i sprækkerne i feltforsøget går hurtigere end i treatabilityforsøgene. Ethen dannes hurtigt efter, at der er tilsat elektrondonor og bakterier, hvor der i treatabilityforsøgene går lang tid (ca. 100 dage efter injektion af bakterier) (figur 9). Dette er på trods af de klorerede opløsningsmidler findes i betydeligt højere koncentrationer end i treatabilityforsøgene. Dette kan indikere, at den tidsmæssige horisont for iværksættelsen af oprensningen på en lokalitet kan være kortere end beregnet ud fra treatabilityforsøg. Det skal dog erindres, at det er diffusion ind i /ud af matrix, som er afgørende for tidshorisonten på lokaliteter, hvor forureningen findes i moræneler.

Figur 9: Sammensætningen af klorerede ethener. (v) Frakturfelt. Boring 2 meter fra frakturboringen (F21B) (h) Treatabilityforsøg med Newman Zone og Kb-1^®. (modificeret fra Jørgensen et al., 2007a).

Tabel 12: Vurdering af nedbrydningen på lokaliteterne ud fra de tre undersøgelser.

Klik her for at se Tabel 12

Der findes adskillige metoder, hvorved nedbrydningen på en lokalitet kan undersøges. Der er dog ikke lagt nær så stor vægt på fordelingen af nedbrydningen mellem sandslirer, -linser, sprækker og matrix. Kun på én lokalitet er nedbrydningen i matrix betragtet (Rugårdsvej). Det vides ikke med sikkerhed, om denne nedbrydning udelukkende skyldes anaerob deklorering eller om andre processer som for eksempel anaerob oxidation også finder sted. Resultaterne understreger vigtigheden af at undersøge udviklingen i matricen. Denne kan ikke undersøges i treatabilityforsøg, men ved pilot- eller fuldskalaoprensninger. Der bør derfor laves flere undersøgelser i fremtiden, hvor effekten i matrix undersøges ved pilot- eller fuldskalaoprensninger.

6.2 Fraktureringsforsøg

På Rugårdsvej ML, Vasbyvej og Sortebrovej er der udført fraktureringsforsøg for at øge sprækketætheden og derved opnå bedre kontakt mellem matrix, forureningskomponenter, elektrondonor og bakterier. På Rugårdsvej ML og Sortebrovej er der efterfølgende injiceret elektrondonor og bakterier (afsnit 6.1.5 Pilotskalaforsøg). På Vasbyvej er forsøget lavet uden for det forurenede område, og spredningen er undersøgt ved injektion af tracere.

6.2.1 Hydraulisk frakturering

Hydraulisk frakturering er udført med en forventning om at skabe en horisontal cirkelformet fraktur med en tykkelse på ca. 2 cm.

Der blev udført hydraulisk frakturering på Rugårdsvej ML i to dybder: 6 og 7,5 m.u.t. Der blev under tryk pumpet i alt 250 kg sand blandet med fraktureringsvæske (vand og gelepulver) ned i begge dybder. Sandet i den øverste fraktur var rødt og i den nederste grønt. De to fraktureringsboringer og blandingsanlægget kan ses i figur 10. Efter fraktureringen blev boringerne filtersat over de to fraktureringsdybder, så der senere kunne laves injektion. Der blev observeret terrænhævninger på mellem 0,8 til 1,6 cm. Under udførslen af den dybe fraktur blev der observeret en kraftig vandstigning på over 1 m i to boringer i en afstand på 3,5 og 4,2 m til frakturboringen. Boringerne var filtersat i henholdsvis 5-6 m.u.t. og 5,5-6,5 m.u.t. Vandstigningen var faldet efter et døgn.

Figur 10: (v) Fraktureringsboring på Rugårdsvej ML. (h) Fraktureringsanlægget med ”tragt” til sandet. Efterfølgende blandes fraktureringsvæsken i med en snegl.

Udbredelsen af frakturer blev undersøgt efter 2 måneder ved at etablere 8 boringer i 1 meters afstand til frakturboringen hele vejen rundt. Resultaterne viste, at spredningen ikke var så homogen som forventet, hverken i den øvre eller nedre fraktur. Den øvre fraktur forventes at være spredt til fyldlaget og nedad. Den nedre sprække, i det lidt hårdere ler, havde den største udbredelse. Udbredelsen blev fundet i et meget varieret vertikalt sprækkenetværk i flere forskellige niveauer, hvor nogle sandsynligvis har fulgt naturlige sprækker. Det vurderes, at influensradius var på 1-2 meter, hvor den forventede var 2,5m.

Hydraulisk frakturering blev ligeledes afprøvet i pilotskalaforsøget på Sortebrovej i to boringer (Testfelt 2 og 3) i hhv. 10 og 13 m.u.t. I Testfelt 2 (med efterfølgende gravitationsinjektion af EOS^® og KB-1^®) blev der under tryk nedpumpet i alt 450 kg (rødt) sand blandet med fraktureringsvæske (vand og gelepulver). Der blev observeret terrænhævninger på op til 5 mm. I Testfelt 3 skulle der under tryk nedpumpes 400 kg (grønt) sand og 75 kg Chitorem^® blandet med fraktureringsvæske (vand og gelepulver). Den tykke konsistens af fraktureringsmassen umuliggjorde dog væsentlig injektion, og efter 4 forsøg (hvor kun 10 kg Chitorem^® blev injiceret) opgav man at fortsætte fraktureringen og yderligere tests/monitering i feltet.

Udbredelsen af frakturen etableret i Testfelt 2 (10 m.u.t.) blev undersøgt ved præcisionsnivellement på 16 målepunkter i 4 retninger fra fraktureringsboringen. Resultaterne viste at der skete hævning af jorden med rimelig cirkulær udbredelse op til 4,5 m fra fraktureringsboringen, dog med de største hævninger nord for boringen. Efterfølgende blev der udført to boringer 2 m fra fraktureringsboringen hvor der blev truffet røde sandkorn i en mm tynd sandslire i 10 m.u.t., hhv. mm-tynde sprækker med røde sandkorn i 6,4-9,5 m.u.t. samt en 1 cm tyk sprække med røde sandkorn ca. 9,5 m.u.t. I to boringer udført hhv. 3 og 4 m fra fraktureringsboring blev der ikke truffet rødt sand. Resultaterne viste, at spredningen ikke var så homogen som forventet, og det vurderes, at sprække-radius var på 2-3 meter, mod forventede 3-5 m.

Injektionsmassen i Testfelt 1 og 2 blev truffet i flere sandslirer og linser som ventet, men med varierende dybde og tykkelse. Distribueringen af substrat/bakterier blev ikke fundet bedre ved etablering af kunstige sprækker end ved gravitationsinjektion i naturlige slirer, hvorfor sidstnævnte af de to metoder blev fundet mest egnet til fuldskalaoprensningen.

De hydrauliske fraktureringer bredte sig på ingen af lokaliteterne som forventet. Dog var der alligevel sket en forøgelse af permeabiliteten i den hårde dybere moræneleret på Rugårdsvej (laget var mere ydende ved vandprøvetagning). Det bør nævnes at disse to fraktureringer er de først udførte i Danmark. Andre felterfaringer fra Polen har vist, at det var muligt at etablere homogene sprækker i op til 5m fra frakturingsboringen (Nilsson og Klint, 2007).

6.2.2 Pneumatisk frakturering

Pneumatisk frakturering udføres med en forventning om at skabe et tæt finmasket sprækkenetværk i moræneleret. Der er lavet forsøg med pneumatisk frakturering på Vasbyvej (Københavns Amt, 2006; Christiansen et al., 2007). Forsøgene blev lavet i én boring fra bunden og op i 4-8 m.u.t. Der blev fraktureret i 5 intervaller af 1 m. Nitrogen opblandet med atomiseret farvestof blev benyttet som fraktureringsgas. Som farvestof blev Rhodamine WT, Fluorescein, Uvitex, bromid og Brilliant Blue benyttet. Fraktureringen tog ca. 30 sekunder i hver dybde med et tryk på 3-8,5 bar (dybere lag) og 1,4-5,9 bar.

For at undersøge spredningen blev der inden for den forventede influensradius lavet håndsnegleboringer og Fuel Fluorescensce Detection sonderinger (FFD sondering), samt udtaget kerner og vandprøver til analyses for farvestofferne. Der blev endvidere lavet en udgravning i yderkanten af den forventede influensradius.

Figur 11: (v) Fraktureringsboring på Vasbyvej med boringsrig og gaslager, (m) pakkersystem, (h) pakkersystem under nedsænkning i boring.

Resultaterne af forsøget viste, at tracerne hovedsageligt var spredt i eksisterende sprækker over redoxgrænsen i en radius på op til 2 meter fra fraktureringsboringen, dog med stedvis, isoleret traceropskydning ved overfladen i op til 10 m’s afstand fra fraktureringsboringen. Afstanden mellem observationerne af tracer blev større i de dybere lag (>1m). Det vurderes nødvendigt med en større sprækketæthed i det dybere lag for at overkomme diffusionsbegrænsninger. Endvidere var influensradius mindre end forventet, hvorfor det vil være nødvendigt at have større tæthed mellem fraktureringsboringer i forbindelse med fuldskalaoprensning. Det forventes at spredningen kan forbedres ved anden konfiguration, evt. metodeudvikling, af fraktureringsudstyret og fraktureringsintervaller.

6.2.3 Sammenstilling af fraktureringsmetoder

I tabel 13 er fraktureringsdybder, influensradius og sprækkedannelsen ved de to forskellige fraktureringsmetoder sammenstillet. Det bør nævnes, at der på Vasbyvej ligger et meget omfattende dokumentationsarbejde bag undersøgelsen af spredningen ved den pneumatiske frakturering i forhold til undersøgelserne i forbindelse med de hydrauliske fraktureringer.

Det fremgår at den hydrauliske frakturering i 6 m.u.t. på Rugårdsvej ML havde tendens til at sprede sig til bunden af fyldlaget. Denne frakturering vurderes derfor at være lavet for tæt på redoxgrænsen til at opnå den ønskede sprækkedannelse. Den dybere hydrauliske frakturering på Rugårdsvej ML har ikke den forventede homogene ”tallerkenformede” udbredelse, men derimod en udbredelse i mindre sprækker både horisontalt og vertikalt. Fraktureringen vurderes derfor at være mere vellykket i denne dybde. Hvis resultatet at den øvre frakturering vurderes i forhold til den indhentede viden om den geologiske sammensætning og redoxgrænsen, vurderes det, at resultat af denne, muligvis kunne være forudset ved at have betragtet disse faktorer inden fraktureringen.

Ved betragtning af den geologiske karakterisering på Sortebrovej og resultatet af den hydrauliske frakturering i forhold til injektion ved gravitation, findes årsagen til det ens resultat sandsynligvis ved at fraktureringen er lavet i en moræneler, der naturligt indeholder et større antal sandslirer og linser (Bilag C). Det større indhold af sandlinser og slirer gør, at fraktureringsvæsken følger disse frem for at skabe den forventede cirkelformede udbredelse.

Tabel 13: Vurdering af fraktureringsmetoder.

Klik her for at se Tabel 13

Ud fra erfaringerne med frakturering i moræneler i Danmark vurderes det, at det i fremtiden er nødvendigt med et bedre kendskab til sammenhængen mellem de geologiske forhold (tilstedeværelsen af sandslirer/linser og naturlige sprækker) og sprækkedannelsen ved fraktureringsmetoder. Det anbefales derfor, at der udføres flere feltforsøg med frakturering, hvor der forudgående er lavet en detaljeret geologisk karakterisering, hvorved en sammenhæng kan forsøges at findes sideløbende. Den geologiske karakterisering bør indeholde emnerne beskrevet i 3 Geologi og Hydrogeologi. Endvidere bør der arbejdes på at finde bedre metoder til undersøgelse af frakturdannelsen.

6.3 Injektionsforsøg

Der er lavet forskellige injektionsforsøg på lokaliteterne. Injektionsforsøgene er lavet med henblik på at undersøge, om det er muligt at tilsætte en tilstrækkelig mængde elektrondonor og bakterier.

På Gl. Kongevej 39 og Vesterbrogade er forsøgene lavet ved at tilsætte elektrondonor, og på Rugårdsvej ML er forsøgene lavet med rent vand. Grunden til at forsøgene på Gl. Kongevej 39 og Vesterbrogade blev lavet med elektrondonor er at melasse, som man ønskede at benytte, har en højere viskositet end vand. På Rugårdsvej ML blev der forud for selve in stiu nedbrydningsforsøget injiceret rent vand. Dette er sandsynligvis fordi donoren, som man ønskede at benytte (Newman Zone^®), har ca. samme viskositet som vand. I in stiu nedbrydningsforsøget blev der tilsat Newman Zone^®, der består af emulgeret vegetabilsk olie baseret på sojabønneolie, laktat og næringsstoffer. På Sortebrovej testede man gravitationsinjektion af substratet EOS^® i de ovenfor omtalte Testfelt 1 og 2.

6.3.1 Top-down injektion med GeoProbe

Denne metode består i at tilføre elektrondonor ved hjælp af en GeoProbesonde, hvor stoffet nedpumpes ved hjælp af en stempelpumpe. På sonden er en injektionsspids monteret, hvor injektionshullerne kan lukkes under nedpresning (figur 12). Injektion laves ved trinvist at nedpresse sonden og injicere. Det er vigtigt at udføre injektionerne fra toppen og ned for at sikre injektion i forskellige niveauer. Ellers kan der være tendens til at hovedparten af elektrondonoren ender i det dybeste niveau (Jægersborg Allé, Gentofte, Miljøstyrelsen, 2003). Metoden muliggør både vertikal injektion og skrå injektion under for eksempel bygninger. Metoden er anvendt på Gl. Kongevej 39 og Vesterbrogade. Der blev injiceret for hver 25 cm eller tættere i et interval fra 5 til 7 m.u.t. på Gl. Kongevej 39 og 6 til 8 m.u.t. på Vesterbrogade. Der blev injiceret med et tryk på 60 bar på begge lokaliteter og et flow på 5-8 l/min.

Figur 12: (v) Geo-probe sonden (h) GeoProbeinjektion. Billederne er fra Orbicon.

For at undersøge spredningen af elektrondonor blev der udtaget kerneprøver fra 3 GeoProbeboringer i en afstand på ½-1 meter fra injektionen i samme dybde, som injektionen blev lavet. Ved kerneudtagningen på Vesterbrogade, blev der observeret melasse. Der blev efterfølgende lavet en detaljeret geologisk beskrivelse af alle kernerne, og sukkerindholdet blev undersøgt med en blodsukkermåler. Ud fra undersøgelser blev det vurderet, at influensradius var ca. 0,75 m. Glukosen blev identificeret i sandslirer. Glukosen blev dog ikke fundet i alle identificerede slirer, selvom flere sandsynligvis var hydraulisk aktive.

GeoProbeinjektion er kun afprøvet indtil ca. 8 m.u.t. Det vides ikke om det er muligt at benytte metoden til injektion i de dybere mere faste morænelerslag.

6.3.2 Injektion under tryk i boringer

På Rugårdsvej ML blev der lavet injektionsforsøg i 3 boringer. Ved forsøgene blev rent vand injiceret i boringerne under tryk. En injektionsydelse på 1, 3 og 5 l/min blev afprøvet i hver 15 minutter. Der blev fundet et modtryk på henholdsvis 500, 600 og 1000 mbar. Under forsøgene blev nærtliggende boringer pejlet hver 5. minut. Der blev kun observeret påvirkning af vandspejlet ved injektionsydelse på 3 l/min, hvor vandspejlet hævede sig 34 cm i en boring 5 m fra injektionen.

Forsøget viste at det var muligt at injicere vand i det sekundære magasin på lokaliteten. Spredningen er dog afhængig af sammenhængen mellem slirer og sprækker. Da der blev observeret påvirkning af en boring 5 meter væk, forventes det, at en influensradius på ca. 3-4 meter kan opnås. Det vurderes, at modtrykket kan være større ved en længere periode med injektion. Fordelen ved at tilsætte under tryk er, at der er mulighed for at hydraulisk inaktive sprækker, kan blive aktive, om ikke andet i en periode.

Endnu et forsøg blev udført, hvor elektrondonor og bakterier under tryk blev tilsat i en boring i et frakturfelt (beskrevet i afsnit 6.2.1 Hydraulisk frakturering) og i to boringer i et område med naturlige sandslirer. I frakturfeltet blev der tilsat elektrondonor og bakterier i 7,5 m.u.t. og i sandslirefeltet blev der injiceret i ca. 5-6 m.u.t. med en afstand på ca. 1 m. Elektrondonoren blev tilsat i en lind strøm under et tryk på 0,5-0,6 bar med et flow på ca. 1 l/min. Bakterierne blev tilsat ved korte pulstilsætninger. Injektionen blev lavet anaerobt. Anlægget kan ses i figur 13.

Figur 13: (v) Doseringsanlæg, palletank med nitrogendiffusorer i bunden til blanding af elektrondonor og grundvand. (h) Beholder med KB-1^® kultur tilsluttet injektionsboringen.

Injektionen af elektrondonor og bakterier var vellykket i frakturfeltet, hvor der observeres elektrondonor i flere filtre. Der blev opnåset effektiv nedbrydning af klorerede opløsningsmidler i både grundvand og lermatricen flere steder i frakturfeltet. Der var dog en begrænsning i spredningen, da der blev identificeret flere steder med fraktursand, hvor der ikke blev fundet elektrondonor i forbindelse med frakturen. Injektionen i sandslirefeltet synes umiddelbart ikke at forløbe som forventet, da der ikke observeres tilsvarende effekt af elektrondonoren i hverken grundvand eller matrix.

6.3.3 Gravitationsinjektion i boringer

På Sortebrovej blev der lavet injektion af elektrondonor og bakterier ved gravitation i én eksisterende boring (Testfelt 1, 15-17 m.u.t.) og én boring i et frakturfelt (Testfelt 2, 10 m.u.t.) via et doseringsanlæg designet til formålet med manuel tilsætning og styring. Doseringsanlægget bestod af en blandetank, som blev påmonteret diffusere, der skulle sikre blanding (af substrat og vandværksvand/grundvand) og afiltning ved gennembobling af nitrogen. Tanken var koblet til injektionsboringen via en pumpe, som ved lavt tryk (ca. 0,5 bar) og flow (1-4 l/min) kunne tilføre de ønskede mængder substrat til boringen. Injektion af bakterier foregik direkte fra bakteriernes trykbeholder til boringen via en slange påmonteret ventiler. Injektionen blev lavet anaerobt ved korte pulstilsætninger.

For at undersøge spredningen af substrat og bakterier blev der udført grundvandsmonitering (feltparametre, redoxparametre, bromid tracer, fede syrer og TOC, klorerede opløsningsmidler og nedbrydningsprodukter, samt Dehalococcoides) i 8 omkringliggende moniteringsboringer, 7 gange med ca. 2 ugers mellemrum (over 102 dage i alt). Ud fra grundvandsmoniteringen vurderes det, at der er opnået en influensradius på op til 4-5 m ved gravitationsinjektion i såvel naturlige slirer som kunstigt fremstillet sprækker.

På Sortebrovej er det ydermere erfaret, ved efterfølgende pejling og monitering på lokaliteten, at boringerne, hvor der er injiceret, er stoppet til med fedtklumper (figur 14). Det vides ikke præcist, hvad der har forårsaget tilklogningen. Denne tilstopning mindsker muligheden for senere injektion på lokaliteten, med mindre der findes en metode til at rense dem.

Figur 14: Redoxprobe efter det var forsøgt at monitere i injektionsboring på Sortebrovej. Billedet er fra Orbicon.

6.3.4 Sammenstilling af injektionsmetoder

I tabel 14 ses en sammenstilling af parametre der kan have betydning i forhold til injektionen på lokaliteten. Tidsmæssigt vurderes injektionsmetoderne at være tilsvarende, hvis kun selve injektionen tages i betragtning (uden etablering af boringer).

Ved sammenligning af dybden ses det, at injektionerne er lavet i og under dybden, hvor redoxgrænsen forventes at findes (3-6 mut, afsnit 3.2.2 Redoxgrænse). Injektionerne der er lavet i den forvitrede zone over redoxgrænsen, kan have tendens til at følge eksisterende aktive sprækker, frem for at skabe/aktivere hydraulisk aktive/inaktivere sprækker, uanset hvilken injektions metode der benyttes. Injektionerne under redoxgrænsen kan have tendens til at bevæge sig op i de overliggende mere opsprækkede lag, hvis der er sammenhæng hertil (f.eks. subvertikale sprækker), hvorved spredningen mindskes.

Injektionstrykket varierer meget mellem de to metoder der benytter tryk. Selv om der er benyttet et større tryk ved injektionen med GeoProbe synes influensradius lavere. Dog bør det understreges, at dokumentationen for influensradius er væsentlig mindre på Gl. Kongevej 39 og Vesterbrogade end på Rugårdsvej. På Gl. Kongevej 39 og Vesterbrogade blev det forsøgt at injicere med et tryk på 4 bar. Injektion ved dette tryk var dog alt for tidskrævende. Det afprøvede tryk var højere end trykket benyttet på Rugårdsvej ML. Dette kan forklares ved at der forud for injektionen i boringen under tryk på Rugårdsvej ML, var lavet en hydraulisk frakturering. Fraktureringen har allerede skabt en hydraulisk aktiv sandfyldt fraktur, hvorfor trykket ved selve injektionen ikke behøver at være højt. På den ene lokalitet var det således fraktureringen der var udslagsgivende for spredningen (Rugårdsvej ML), hvor det på de andre var selve injektionen (Gl. Kongevej 39 og Vesterbrogade).

Erfaringerne med gravitationsinjektionen viste, at det var en mulig metode at injicere på. Det er dog nødvendigt at oprette et større boringsnetværk til injektion i forhold til for eksempel injektion med GeoProbe, hvor det ikke er nødvendigt at etablere boringer. Det større antal boringer forhøjer udgifterne væsentligt. Ved injektion med gravitation er man afhængig af at injektionsvæsken er forholdsvis letflydende. Injektion ved gravitation lader til at kunne give højere influensradius end de 2 injektionsmetoder, der anvender tryk. Umiddelbart kan dette skyldes, at injektionen ved gravitation er lavet i en flow till, der naturligt indeholder et større antal sandslirer og linser end en basal till, hvor de andre injektioner er lavet.

Det er fundet muligt, at injicere elektrondonor og bakterier med alle de afprøvede metoder. En af de store begrænsninger synes dog at være spredningen, der er svær at forudsige og forholdsvis omkostningstung at undersøge, eftersom det er nødvendigt at udtage kerneprøver. Det vil i fremtiden være nødvendigt at indhente mere information om spredningen i form af flere undersøgelser og afprøvninger, for at kunne vurdere, hvilken metode der er den mest effektive. Endvidere bør det undersøges, om der er en sammenhæng mellem morænelerstypen og spredningseffektiviteten ved injektionsmetoderne. Herved kan der opnås kendskab til hvilke injektionsmetoder der vil være gode på lokaliteter med specifikke egenskaber.

Metoderne til dokumentation/vurdering af spredning/transport af reaktive stoffer i morænelerssedimenter falder generelt i to kategorier: direkte og indirekte. Indtil videre har det været mest udbredt at anvende de indirekte metoder (grundvandsmonitering, osv.), der i bedste fald kan danne rimelig basis for tolkning af overordnede spredningsmønstre. De mindre anvendte, mere tidskrævende og omkostningstunge, direkte dokumentationsmetoder udgøres af aktiviteter som kerneprøvetagning og udgravning, hvor man ”får syn for sagen” i bogstavelig forstand. Dermed et mere solidt grundlag for at vurdere spredning, også på mikroporeskala, samt et bedre grundlag for mere nøjagtig og detaljeret modellering af forventede oprensningstidshorisonter osv., opnået. Trods øgede omkostninger vurderes det nødvendigt at inddrage de direkte dokumentationsmetoder i højere grad i fremtiden, indtil et solidt kendskab til spredningsmønstre og modelleringsredskaber er etableret.

Tabel 14: Sammenstilling af injektionsmetoder, samt parametre der har betydning for spredningen af elektrondonor og bakterier ved injektionen.

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

Version 1.0 August 2009, © Miljøstyrelsen.