OPTIMALT VALG AF AFVÆRGEMETODER FOR FANER - OVERVEJELSER OM STRATEGI OG METODER

Transkript

1 OPTIMALT VALG AF AFVÆRGEMETODER FOR FANER - OVERVEJELSER OM STRATEGI OG METODER Gruppeleder, civilingeniør, ph.d. Thomas Hauerberg Larsen Orbicon ATV MØDE VALG AF AFVÆRGEMETODER HVORDAN FINDES DEN TEKNISK, ØKONOMISK OG MILJØMÆSSIGT MEST OPTIMALE OPRENSNINGSMETODE RADISSON SAS, H.C. ANDERSEN HOTEL 26. oktober 2006

2

3 BAGGRUND OG FORMÅL På de fleste sager omkring jordforurening, der afvikles i både offentligt og privat regi, tages der udgangspunkt i en risikovurdering med JAGG som beskrevet i Miljøstyrelsens vejledning nr. 6 fra I den defineres en forurening at udgøre en risiko overfor grundvandet, såfremt den kan give anledning til overskridelser af fastsatte kriterier i grundvandet i en afstand fra kilden svarende til ét års afstand eller maksimalt 100 m. Kriteriet gælder i magasiner der kan anvendes til indvindingsformål eller betinge betydelig forureningsspredning, hvilket i praksis betyder magasiner, der har en udstrækning ud over matrikelniveau. I princippet omtales forureningen som kilden, hvorimod fanen ikke behandles særskilt i vejledningen. I dette indlæg fokuseres på de overvejelser der kan være forbindelse med evaluering af hvilke(n) metoder der er mest fordelagtige at anvende overfor faner i modsætning til kilder, der behandles i et andet indlæg på mødet. Indlægget vil ikke være en gennemgang af tekniske metoder, men mere holde sig på et generelt niveau for på denne måde at definere en strategi for valget af de enkelte tekniske metoder ud fra definerede mål omkring tid, økonomi mm. DEFINITIONER Allerede i den indledende skelnen mellem kilde og fane er der brug for en definitionsbeskrivelse, idet denne skelnen ikke altid er knivskarp. I dette indlæg defineres fanen ved: Det område hvor stoffet i jorden udelukkende forekommer som opløst i vand eller på sorberet i den mættede zone form. Eventuel spredning via poreluft behandles ikke. I modsætning hertil står kilden som kan defineres ved: Det område hvor stoffet i jorden forekommer i den umættede zone i alle faser og/eller det område i den mættede zone hvori der forekommer fri fase. STRATEGI OG OVERVEJELSER I forbindelse med overvejelserne om hvad der er den økonomisk mest fordelagtige teknik rejser der sig umiddelbart en række aspekter, der er behov for at få belyst før en valg om en teknik kan træffes: Risikobilledet Sammensætning af forurening, mængder og koncentrationer Geologiske og hydrogeologiske forhold Tidskrav Dette skal ikke betragtes som en udtømmende liste, idet der også kan være andre aspekter involveret. I det følgende er de oplistede emner nærmere uddybet.

4 Risikobilledet og kobling til formål Jf. indledningen er det i Miljøstyrelsens vejledning ikke angivet klart om en afværge skal rettes både mod kilden og fanen, såfremt en kilde giver anledning eller kan give anledning til en overskridelse af grundvandskvalitetskriterierne. Jf. indledningen vurderes faner kun at forekomme i magasiner der kan betinge en betydelig forureningsspredning, og det vurderes derfor som udgangspunkt at kriterierne i denne type magasiner skal overholdes. Ved afværge er udgangspunktet efter min opfattelse derfor, at koncentrationerne i fanen (i afstand større end 1 års strømning ) skal nedbringes til under kriterierne indenfor en kortere tidshorisont. Udgangspunktet i risikovurderingen var at få dimensioneret den offentlige indsats således, at oprensningerne havde det nødvendige omfang for at reducere risikoen fra forureninger til et acceptabelt lavt niveau. Det lave niveau er defineret ud fra at ethvert grundvandsmagasin skal kunne anvendes til indvindingsformål efter en simpel vandbehandling (luftning + filtrering). I den ideelle verden er penge ikke en knap ressource, dette gælder imidlertid ikke i den reelle verden. Der foretages derfor en prioritering af midler der afsættes til de enkelte oprensninger i forhold til den samlede pulje i eksempelvis et amt eller en region. I vurderingen af i hvilket omfang en given fane kræver en oprensning (og eventuelt i hvilket omfang) foregår der derfor en administrativ/politisk prioritering. Dette kan ske på baggrund af forskellige økonomiske værktøjer, eksempelvis cost-effectiveness analyser imellem forskellige teknikker og/eller analyser af tilbagebetalingshorisonter for en given investering. Nogle af disse værktøjer er implementeret i større eller mindre grad i de paradigmer for udarbejdelse af afværgeprogram og skitseprojekt som Københavns Amt bruger. I de to eksempler der er beskrevet i de efterfølgende kapitler ser risikobilledet for fanen forskelligt ud, hvilket tjener til illustration af de forskelle, der kan være afgørende for om en indsats mod fanen ud fra risikobilledet alene skønnes nødvendig. I forhold til vurdering af hvilken indsats der er nødvendig er det ekstremt vigtigt at få opstillet formålet med afværgeindsatsen på baggrund af risikobilledet. Man skal være opmærksom på at der kan opstilles mange formål, der alle vil have forskellige konsekvenser og stille forskellige krav. Eksempler på formål kan være: Oprensning af hele faneområdet til under kvalitetskriteriet (med angivelse af en tidshorisont) Her er tale om en egentlig oprensning Oprensning af dele af faneområdet, typisk det værst forurenede område (med angivelse af en tidshorisont) Her er tale om en egentlig oprensning, delvis Forhindring af udbredelse af fane i forhold til eksempelvis recipient eller indvinding/andet magasin etc. Her er tale om en afskæringsløsning og kun på den meget lange bane en fjernelse af forurening. Formålet kan først opstilles når der er udført en god karakterisering af hele forureningsbilledet, herunder en kortlægning af selve fanen.

5 Faner kan principielt deles op i 3 kategorier: Ekspanderende Stabile Reducerende Udvidende faner er karakteriseret ved at stoffluxen fra kilden overstiger raten af de destruktive processer der foregår i selve fanen. For hovedparten af de organiske forureninger er det biologisk nedbrydning. De stabile faner er karakteriseret ved, at de med den variabilitet der kan tilskrives variationer i nedbør etc. er stabile, dvs. deres udbredelse ikke varierer eller kun varierer ubetydeligt. Denne type optræder når der er ligevægt mellem inputfluxen og de processer der eliminerer stof. Reducerende faner er karakteriseret ved at de bliver mindre som tiden går. Dette skyldes at inputfluxen fra kilden reduceres i forhold til tidligere i kombination med at processer der eliminerer stof i fanen er konstant. Ved en effektiv indsats mod kilden vil dette fænomen kunne indtræde, ligesom kilder der er helt udvasket (typisk meget gamle) kan udvise denne tendens. Karakteriseringen af forureningen, dvs. både feltundersøgelser, modeller, historik mv. bør inddrages for at få karakteriseret typen af fane, for at kunne vælge den rette tilgang til en eventuel afværge af fanen. For specielt de ekspanderende faner kan det være relevant at vurdere om en egentlig afskæring skal foretages som et indledende skridt i forhold til en videre udbredelse. Afskæringsløsninger kan eksempelvis være afværgepumpning eller anvendelse af reaktive vægge. De forskellige formål vil kræve en forskellig indsats og forskellige metoder hvilket formål der er det rigtige afhænger bl.a. af en administrativ/politisk vurdering som anført ovenfor. Afskæringsløsningerne beskrives ikke nærmere i indlægget, men kan mange bruges i kombination med en løsning, hvor der sker en stoffjernelse for at nedbringe den samlede tid til oppumpning, drift af reaktiv væg eller andre former for afskærende løsninger. Sammensætning af forurening Fane og kilde oprensning adskiller sig på en række punkter. I tabel 1 er opsummeret en række typiske forskelle mellem fane og kilder der er med til at definere hvilke metoder der helt overordnet er relevante at tage i betragtning når en forurening skal behandles. Tabel 1. Forskellige karakteristika for hhv. faner og kilder. Udgangspunkt taget i organiske forureninger som olie og klorerede opløsningsmidler Parameter Fane Kilde Areal/Volumen Medium-Stort Lille Placering Mættet zone Umættet og mættet zone Fasefordeling Opløst/sorberet Fri fase, Opløst/sorberet, gasfase Masse i forhold til samlet få % Typisk > 95 % forurening Koncentration Medium - lav Høj Komponenter Vandopløselige Alle spildte

6 På baggrund af tabel 1 ses at for de organiske stoffers vedkommende er fanen typisk karakteriseret ved at have et stort volumen, relativt lave koncentrationer og komponenter der er opløst i vandet eller som sidder sorberet på sedimentet. Alt andet lige vil det være sådan at pga. af stoffernes forskellige evne til at sorbere vil de stoffer der er mest vandopløselige samtidig kunne transporteres hurtigst, og dermed længst væk fra spildstedet. Naturlig omsætning af komponenterne vil være den proces der kan reducere udbredelsen. Kombinationen af stort areal, relativt lave koncentrationer gør at en række teknikker vil være meget omkostningskrævende, og dermed mindre aktuelle i forbindelse med faner. Det drejer sig eksempelvis om meget aggressive metoder som de termiske metoder, og en række andre in-situ metoder som air-sparging, kemisk oxidation mv. Relativt lave koncentrationer af stoffer der er på vandopløst form favoriserer valget af biologiske metoder som generel afværgeteknik i forhold til faner. I det omfang stofferne er omsættelige under givne redoxforhold kan naturlig omsætning i nogle tilfælde være den rette løsning. Tidshorisonten vil dog i nogle tilfælde være så stor at dette ikke er tilstrækkeligt, ligesom en udbredelse meget større end ét års strømning i nogle tilfælde vil være uacceptabelt ud fra et anvendelsesmæssigt synspunkt. Geologi og hydrogeologi Geologien, hvori strømningen sker, er medbestemmende for hvilke metoder der med fordel kan anvendes. Strømningshastigheden og dispersionen i magasinet er sammen med stoffluxen og den samlede omsætning bestemmende for, hvor stor en fane bliver inden en eventuel stationær tilstand for fanen opnås. I tabel 2 er kvalitativt vist faktorer der influerer på fanens størrelse Tabel 2. Kvalitative faktorer der påvirker fanestørrelsen Parameter Lav værdi Høj værdi Stofflux fra kilde Giver længere fane Giver kortere fane Nedbrydningshastighed Giver længere fane Giver kortere fane Strømningshastighed Giver kortere fane Giver længere fane Strømningshastigheden i magasinet er defineret af geologien. I heterogene geologier som sprækket kalk og moræneler eller meget lagdelte smeltevandaflejringer vil strømningskomponenten være knyttet til de højpermeable dele af aflejringen. De lavere permeable dele vil pga. diffusion ofte indeholde en stor del af den samlede masse i fanen. I sådanne situationer vil tilbagediffusion til de højpermeable dele ofte sætte begrænsninger for hvor hurtigt en fane kan reduceres samt også sætte begrænsninger for hvilke teknikker der kan anvendes. Tidskrav I forhold til formålsbeskrivelsen bør der altid være knyttet en tidshorisont for oprensningen udover krav til koncentrationer, mængder etc.

7 I nogle tilfælde vil man kunne leve med en længere oprensningsperiode, eksempelvis hvis det påvirkede vandvolumen ikke skal anvendes til forsyningsformål indenfor perioden, hvor det i andre tilfælde vil være påkrævet med en hurtig indsats. Der vil også være et politisk element i en vurdering af hvilke tidshorisonter der er acceptable. Et tidsperspektiv på 5 år vil for de fleste være acceptabelt, et perspektiv på 50 år derimod uacceptabelt uafhængig af om økonomien i det lange projekt er bedre end i det korte. Denne vurdering vil være nødvendig at forholde sig til fra sag til sag. EKSEMPEL 1 : CLIP RENS RØDEKRO Det tidligere renseri Clip Rens i Rødekro undergår p.t. en oprensning af kilden for PCE. Det er usikkert hvor stor en masse der er i kilden, men estimatet er på tons niveau. Forureningen har pågået over en meget lang årrække, mens der har været drift på renseriet. Hastigheden på grundvandet i området er i størrelsesordenen 100 m/år. Magasinet er beliggende i smeltevandsaflejringer med vekslende kornstørrelsesfordeling. Fanekortlægningen og den fulde forståelse for dynamikken er ikke helt på plads endnu, men der tegner sig et overordnet billede af forholdene på stedet. Inputtet til fanen er i størrelsen 50 kg PCE/år, denne flux har stået på i ca. 30 år. Med den nuværende flux skønnes det at kilden levetid er på en 100 årig skala eller længere. Baseret på integration af koncentrationsmålingerne i magasinet er det skønnet, at der i fanen er kg klorerede opløsningsmidler totalt set. Fanen er kortlagt ca. 2,5 km væk fra kilden. Fra fanens spids er der stadig et stykke vej til nærmeste indvindingsboringer der anvendes i dag. Magasinet er relativt dybt og er aerobt i toppen med aftagende redoxpotentiale i dybden, således at de dybereliggende dele er jernreducerende. Fluxen ud af kilden sker indenfor et relativt lille areal med koncentrationer på op til 85 mg PCE/l (opløselighed 240 mg/l). I forbindelse med at fanen dykker pga. infiltration ovenfra bevæger fanen sig ned i de mere reducerede dele af magasinet. I disse sker en reduktiv deklorering til TCE og cis-dce, der udgør hovedparten af forureningen nedstrøms. Sønderjyllands Amt og Miljøstyrelsen har med Orbicon som rådgiver igangsat et projekt til vurdering af vurderingen af naturlig nedbrydning i fanen, herunder vurdering af om den reduktive deklorering går fuldstædig til ende. I det følgende er beskrevet to scenarier til afværge i fanen, der har forskelligt udfald mht. til pris og driftsperiode afhængigt af forskellige forudsætninger. Scenarie 1. I det lykkelige scenarie er der på nuværende tidspunkt tale om en stabil fane, dvs. at der ligevægt mellem input og omsætning. Den samlede omsætning sættes i dette scenarie til 50 kg/år i fanen. Forudsat kilden fjernes med succes og influxen reduceres til 0 vil der med den rate der er forudsat som minimum gå en årig periode inden stoffet i fanen er omsat uden manipulation, afhængig af forudsætninger omkring mængder og kinetik. Dette er jf. de overordnede betragtninger om tidsaspektet en meget lang periode hvor det påvirkede område ikke kan anvendes til forsynings-formål. Om det er acceptabelt er en politisk afgørelse. Ud fra et rent teknisk/økonomisk synspunkt kan denne løsning være spiselig afhængig af hvordan den manglende mulighed for at udnytte ressourcen kapitaliseres.

8 Scenarie 2. I et mindre lykkeligt scenarie viser de endelige analyser at omsætningen ikke er fuldstændig, eller at raten er meget mindre end antaget i scenarie 1. Her vil fanen ende op i den nærliggende vandforsyning efter en årrække, som med rimelighed kan forudsiges på baggrund af modelkørsler. I dette tilfælde kan der opereres med mange tekniske løsninger der kan evalueres økonomisk og i forhold til tidsaspektet. Dette kan være løsninger som: Hydraulisk kontrol i den nedstrøms liggende del af fanen, således at der ikke tilføres vandforsyningen stof. Hvis det udføres alene har det formentlig lige så lang driftsperiode som den naturlige omsætning beskrevet i scenarie 1. Stimuleret reduktiv deklorering for at øge den samlede rate i fanen til >> 50 kg/år. Afvejning mellem den tid, hvor ressourcen ikke kan udnyttes og anlægs/drifts-omkostningerne vil være dimensionsgivende for valg af løsning Kombinationsløsninger mellem pumpning og biologiske metoder I Rødekro er der ingen tvivl om at forureningen i fanen efter MSTs vejledninger udgør en risiko. Magasinet er påvirket over et stort areal og der er relativt store rådighedsindskrænkninger for anvendelsen af dette magasin. I dette tilfælde vil det sandsynligvis være oprensningsperiodens længde, der vil være dimensionsgivende for hvilken indsats der vælges. EKSEMPEL 2 : NYVEJ ALBERTSLUND På Nyvej i Albertslund liggere et nedlagt tidligere renseri. Grunden er undersøgt i forbindelse med Københavns Amts kortlægning og prioritering af industrigrunde. Massen i kilden er nogle på kg niveau, formentlig 5-10 kg totalt. Geologien består på lokaliteten af moræneler ned til kalken, hvor det primære magasin er lokaliseret. Baseret på vurderinger af areal, koncentrationer i det primære magasin etc. er der en udvaskning på g/år som giver anledning til en fane. Umiddelbart ses at fluxen skulle tømme kilden hurtigt. Der er således en risiko for at mængden i kilden er underestimeret eller fluxen er overestimeret. I det primære magasin på grunden er der konstateret ca. 2 mg PCE/l. Vridsløselille Vandværk har tre aktive boringer beliggende i afstand af ca m fra kilden. Indfangningstragten til vandforsyningen dækker den forurenede grund. Alt det nedsivende vand og stof på grunden danner derved en meget kort fane der ender i forsyningsboringerne. Baseret på de oppumpede vandmængder ( m³/år) og konstaterede koncentrationer i indvindingsboringerne er fluxestimatet rimeligt, sandsynligvis lidt til den høje side. Koncentrationerne i indvindingsboringerne er i størrelsesordenen 0,5 g/l. Der er endnu ikke lavet et afværgeprogram for forureningen. Umiddelbart vurderes opholdstiden mellem kilden og indvindingsboringerne i dette tilfælde at være så kort at en behandling af fanen kun giver meget lille værdi. Opholdstiden mellem kilde og indvindings-boringer er ikke bestemt, men forventes at være < 1 år. Den samlede masse der vil være til stede i magasinet er derfor forventeligt mindre end stoffluxen. Fanen er under de givne forhold stationær.

9 I dette tilfælde vil en afskæring af kilden (oprensning) næsten umiddelbart få indvirkning på fanen og den risiko der knyttet til fanen. Dette hænger sammen med den korte opholdstid (geologi/hydro-geologi) der er knyttet til dette system. Det største problem vurderes umiddelbart at være tilbage-diffusion af PCE fra de mere lavpermeable dele af kalken, som kan være dimensionsgivende for den samlede stoftransport til indvindingen i en årrække. Pga af den lille afstand til indvindingsboringerne er det imidlertid meget svært at finde en teknik der kan behandle problemet in-situ. Dosering af donor/bakterier eller oxidationsmiddel risikerer at ende i indvindingen i stedet. Den bedst tænkelige teknik i forhold til fanen er derfor sandsynligvis en behandling af vandet på selve vandværket frem for in-situ. KONKLUSION OG PERSPEKTIVERING Som beskrevet ovenfor er der en række aspekter der skal belyses forud for valg afværgemetode overfor forureningsfaner. Masseforholdene er for langt de fleste forureningstypers vedkommende at kilden skal fjernes før man gør noget ved fanen, såfremt det vurderes at fanen udgør en risiko. De aspekter der som minimum bør indgå i evaluering af teknik og omfang af en faneoprensning kan ridses op i følgende punkter: En grundig undersøgelse af fanen med beskrivelse af geologi, hydrogeologi og nedbrydningsforhold, herunder en vurdering af om fanen er ekspanderende, stabil eller reducerende. På baggrund af undersøgelsen at give en bredere beskrivelse af risikoen ved fanen. Truer den indvinding eller recipienter her og nu, giver den rådighedsindskrænkninger på længere sigt osv. Afhængig af kompleksiteten af forureningen (størrelse, geologi mv) kan vurderingen være væsentligt mere omfattende end anvendelse af eksempelvis JAGG. Opstilling af et klart og veldefineret formål med en afværge, dvs. definere både krav til rensningseffektivitet/restforurenings størrelse/koncentration samt binde det op på en tidshorisont Finde egnede teknikker der matcher formålet Kapitalisere omkostninger for metoderne der indfrier formålet Lave afvejningen mellem relevante metoders økonomi, tidsramme, generelle påvirkninger Umiddelbart vil omkostningerne til nedbringelse af forureninger i faner ved at anvende aktive metoder typisk være høje hvis man måler i enheden kr/kg masse fjernet i forhold til oprensning af kilder. Samtidig vil tidsrammen for fjernelse af faner, hvor der i forvejen sker en naturlig omsætning i de fleste tilfælde kun kunne reduceres med få år sammenholdt med bare at lade de naturlige processer foregå. I modsætning til dette står kilde oprensninger,

10 hvor afkortning af tidsperspektivet for videre forurening typisk skal måles i dekader eller århundreder. Der vil på denne baggrund ud fra en mere overordnet betragtning (hvor økonomi er en knap ressource) være god grund til at forholde sig meget kritisk til faneoprensinger, hvor fanerne ikke udgør en akut trussel og de i øvrigt er stabile. Overordnet set vil investering i oprensning af kilder på denne baggrund i det lange løb være en langt bedre investering end faneoprensninger for en lang stor del af fanerne, specielt for oliestofferne og de tilfælde hvor redoxforholdene betinger en omsætning af klorerede opløsningsmidler.