KOMBINATION AF BIOTISK OG ABIOTISK NEDBRYDNING AF CHLOREREDE ETHENER (PCE) I GRUNDVAND

Transkript

1 KOMBINATION AF BIOTISK OG ABIOTISK NEDBRYDNING AF CLOREREDE ETENER (PCE) I GRUNDVAND Anders G. Christensen, Civilingeniør Ekspertisechef i BU-MILJ, NIRAS A/S.

2 Klient Mads Terkelsen, Region ovedstaden NIRAS A/S Lotte Rasmussen Marianne Plenge Wamberg Charlotte E. Riis m.fl. Ekstern konsulent ZVI/BIO Joe Rossabi, RedoxTech, USA

3 DISPOSITION Baggrund Geologi og forureningssituation før oprensning Sekvens af oprensningsaktiviteter Monitering af processer Udvalgte eksempler Konklusion 12/03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

4 BAGGRUND OG PLACERING AF OPRENSNINGSOMRÅDE Værksted og produktion Metal affedtning med PCE Eletronik virksomhed 12/03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

5 FORURENINGSUDBREDELSE (PCE I JORD) OG OPRENSNINGSOMRÅDE Oprensningsområde ISCO injektion 12/03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

6 VERTIKAL FORDELING AF PCE I JORDEN OG GEOLOGISK ETEROGENITET Injektions boringer Glacial till 12/03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

7 SEKVENS AF OPRENSNINGSAKTIVITETER Periode Aktivitet Formål Bemærkning Oprensning af fri fase PCE ved Injektion i boringer med oxidationsmiddel Nov. - dec S-ISCO injektion opløsning og oprensning af (4800 kg natriumpersulfat), base (7 m3 chlorerede ethener i vandfasen ved natriumhydroxid) og surfactant (0,4 m3 oxidation VeruSOL) Oprensning af fri fase PCE ved Injektion i boringer og med Geoprobe Nov S-ISCO injektion opløsning og oprensning af oxidationsmiddel (4600 kg natriumpersulfat), chloerede ethener i vandfasen ved base (3 m3 natriumhydroxid) og surfactant oxidation (0,25 m3 VeruSOL) Nov ZVI-injektion Oprensning af fri fase PCE og Injektion af mikrojern (640 kg), guar og chlorerede ethener i vandfasen ved dikaliumphosfat kemisk reduktion Dec jan Pump & treat Oppumpning og tilbagetrækning af forureningsfane med chlorerede ethener Oppumpning i en måned fra i alt 3 boringer med ca. 0,5-1 m3/t og delvis reinfiltration af renset vand Aug ZVI/Bio injektion Oprensning af fri fase PCE og Injektion af mikrojern (476 kg), guar, chlorerede ethener i vandfasen ved dikaliumphosfat (25 kg), substrat (400 l ABC) kemisk reduktion og biologisk samt biokultur (20 l KB1) reduktiv deklorering Aug ZVI injektion Oprensning af fri fase PCE og Endnu ikke udført, men forventes udført som chlorerede ethener i vandfasen ved injektionen i august 2012, men justeret ifht. kemisk reduktion og biologisk moniteringen forår/sommer 2013 reduktiv deklorering 12/03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

8 BILLEDER FRA DE ENKELTE FASER AF PROJEKTET 12/03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

9 NEDBRYDNINGSVEJE FOR PCE MED NULVALENT JERN (ZVI) hydrogenolysis +2e Cl - Cl 1,1 DCE β elimination hydrogenation +2e - -2Cl - +2e α elimination +4e Cl - Cl PCE Cl C=C Cl Cl Cl C dichloroacetylene C Cl Cl Cl TCE C=C Cl Cl Cl Cl c 1,2 DCE C=C Cl t 1,2 DCE C=C Cl C=C Cl VC C=C ethene C=C ethane C C Cl C C chloroacetylene C C acetylene After Arnold and Roberts, ES&T, 2000, 34, /03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

10 MONITERINGS PARAMETRE RELATERET TIL DE FORSKELLIGE KEMISKE OG BIOLOGISKE PROCESSER Gruppering af parametre Specier og enkeltparametre Bemærkning Chlorerede ethener PCE,TCE,DCE,VC,ethen og ethan Vand, felt Generelle proces parametre Redoxpotentiale, p, temperatur Vand, felt Redox sensitive parametre O2,NO3,SO4,Fe,C4 Vand, felt/lab S-ISCO relateret Na, SO4, Persulfat, ledningsevne, overfladespænding, (IFT), NVOC Vand, felt/lab ZVI relateret Fe, DKP (tracer og N/P kilde), Cl Vand, lab BIO relateret NVOC, DKP (tracer og N/P kilde), Cl Vand, lab Dehalococcoides Mccartyi (DC) Indhold af bakterier relateret til nedbrydning af de chlorerede ethener Funktionelle gener (tcea, bvca, vcra) Vand, lab (Biotraps og vandprøver) Indhold af bakterier relateret til de generelle og dominerende redox processer Denitrifikation, jernreduktion, sulfatreduktion, methanogenesis, total bakterieindhold Vand, lab (Biotraps) 12/03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

11 GENERELLE PROCES PARAMETRE (1 AF 3) LEDNINGSEVNE 120, ,000 80,000 60,000 40,000 20,000 1st S-ISCO 2nd S-ISCO ZVI P&T Ledningsevne [ µs/cm ] ZVI/BIO Persulfat Persulfat DKP DKP KB16-1 KB64-1 KB64-2 KB65-1 KB65-2 KB90-1 KB90-2 KB130 KB165-1 KB167-1 KB170-1 KB175-1 KB197 KB198-1 SB7 KB16-1 KB64-1 KB64-2 KB65-1 KB65-2 KB90-1 KB90-2 KB130 12/03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

12 GENERELLE PROCES PARAMETRE (2 AF 3) p st S-ISCO 2nd S-ISCO p [ -] KB16-1 KB64-1 KB64-2 KB65-1 KB KB90-1 KB KB130-1 KB ZVI P&T KB167-1 KB170-1 KB175-1 KB197 8 ZVI/BIO KB198-1 SB NaO NaO p endnu for høj til BIO 12/03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

13 GENERELLE PROCES PARAMETRE (3 AF 3) REDOXPOENTIALE 600 Oxidative processer st S-ISCO 2nd S-ISCO Redoxpotentiale [ mv ] KB16-1 KB ZVI P&tT KB64-2 KB65-1 KB65-2 KB KB90-2 KB ZVI/BIO KB165-1 KB167-1 KB KB175-1 KB197 Reduktive processer KB198-1 SB7 O 2 <0.1 mg/l /03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

14 UDVIKLING AF OMRÅDE MED PCE INDOLD STØRRE END (ug/l) I GRUNDVAND 12/03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

15 UDVIKLING AF PCE/TCE/CIS/VC I GRUNDVAND FØR OG EFTER ZVI/BIO I AUGUST 2012 APRIL 2012 NOVEMBER /03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

16 ÆNDRING I ANTAL MOL CLOREREDE ETENER VED INJEKTION AF ZVI OG SENERE VED ZVI/BIO Ændring fra før-> efter ZVI alene i Nov Ændring fra før-> efter ZVI/BIO i Aug KB90-1: mg-cl/l Potential nedbrydning af PCE kan være kg PCE baseret på Cl data! /03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

17 umoles umoles umoles umoles umoles TOTAL ANTAL MOL CLOREREDE ETENER OG DC OVER TID EFTER ZVI OG ZVI/BIO 30 KB KB DC - 3E4 -> 2E6 15 VC cdce TCE 800 VC cdce PCE 600 TCE PCE DC 3E1 -> 1E KB KB VC cdce 200 VC TCE PCE 150 cdce TCE PCE KB DC - 5E1 -> 2E4 PCE TCE CIS VC DC - 7E3 -> 2E VC cdce TCE PCE DC - 1E4 -> 2E5 12/03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

18 CLOREREDE ETENER OG ETEN/ETAN I OT-SPOT OMRÅDET EFTER ZVI OG ZVI/BIO Direkte abiotisk nedbrydning af PCE og biotisk dannelse af DCE samt etablering af st. reducerede forhold pga. ZVI injektion ( + dannelse) Fuldstændig biologisk nedbrydning til ethan/ethan som følge af højt DC efter ZVI/BIO injektion Direkte abiotisk og biologisk nedbrydning af PCE men pga. fortsat DNAPL (PCE) opløsning er PCE nedbrydningen fortsat mest favorabel for DC KB64-1: før KB64-1: 10 uger efter KB64-1: 5 mdr efter KB64-1: 11 mdr. efter KB65-1: før KB65-1: 10 uger efter KB65-1: 5 mdr efter KB65-1: 11 mdr. efter KB90-1: før KB90-1: 10 uger efter KB90-1: 5 mdr efter KB90-1: 11 mdr. efter KB210-1: før KB210-1: 11 mdr. efter Forureningssammensætningen i hot spot DNAPL, bund af sekundære grundvandsmagasin 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% PCE TCE cdce tdce VC Ethen Ethan 11 mdr. efter (Nov. 2012): Ikke påvist: Ilt og nitrat Påvist: Fe2,S,C4,NVOC,Ethen/Ethan og sulfat ( mg/l) 12/03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

19 KONKLUSION Systemet er skiftet fra oxideret (S-ISCO) til stærkt reduceret ved injektion af nulvalent jern (ZVI) alene og i kombination med substrat og kb-1 kultur (DC) Signifikant effekt af ZVI alene der hurtigt medfører reducerede forhold og primer for efterfølgende BIO, når p er omkring 7-8 ZVI effekt abiotisk (pce/tce -> ethene/ethane/chlorid), men den primære nedrydningsvej via acetylen er svær at måle biotisk, andre bakterier end dhc aktive pga. h 2 produktion (pce/tce -> cisdce) ZVI/BIO effekt biologisk (pce -> vc + ethen) tilførsel af kb-1 kultur medfører kraftig stigning i dhc/gener og vc samt fuldstændig deklorering Monitering på alle enkelt processer vanskelig og massebalance svær at opstille Der sker nu en fuldstændig nedbrydning via både abiotiske (ZVI) og biotiske (ZVI/BIO) processer 12/03/2013 Vintermøde om jord- og grundvandsforurening, marts

20 Tak for jeres opmærksomhed! Skuldelev, August /03/2013 ATV Vintermøde, marts