Samtidig oprensning af moræneler og kalkmagasin ved stimuleret reduktiv dechlorering

Transkript

1 Samtidig oprensning af moræneler og kalkmagasin ved stimuleret reduktiv dechlorering Charlotte Riis, NIRAS Henrik Husum Nielsen og Anders G. Christensen, NIRAS Henrik Jannerup og Martin Stærmose, Region Sjælland Ole Kiilerich, Miljøstyrelsen ATV vintermøde om jord- og grundvandsforurening Vingstedcentret d. 1. marts 21

2 Stimuleret reduktiv dechlorering koncept: - Kildereduktion v. direkte injektion i moræneler - Faneoprensning og konditionering v. recirkulation i kalk (aktiv fase) - Afskæring v. horisontal biobarriere i top af kalk under kilden - vedligeholdes v periodiske substrat-injektioner (passiv fase) Disposition: - Hvad er udført? -Kalk -Moræneler - Resultater -Kalk -Moræneler - Konklusion Hellestedvej, Hårlev - Perspektivering

3 Situationsplan Kildeområde i moræneler Strømningsretning Tidl. afværgeoppumpning (i drift )

4 Geologi og hydrogeologi konceptuel model Horisontal biobarriere Strømningsretning

5 Aktiv fase: boringskonfiguration ERD design: Hensyn til eksisterende P&T system: 1) genbrug af boringer 2) faneudbredelse Boringskonfiguration Direkte biomasse-injektion Modelleret substrat fordeling (3 mdr.) Substrat: Na-laktat Drift af aktiv fase: Juni November 28

6 Passiv fase: Boringskonfiguration Anden boringskonfiguration for passiv fase vedligeholdelse af biologisk aktivitet i mindre akvifer volumen end aktiv fase kun direkte under kilden Opløst substrat oliedråber Boringskonfiguration: 4 loops, alternerende pumpesystem Målt substratfordeling Substrat: EOS (emulgeret veg. olie) Pumpetest, passiv fase system: November 27 (EOS) Drift af passiv fase: November December 28 (Na-Laktat + KB-1) Monitering: December 28 igangværende (hver 1-3 mdr)

7 Oprensning af kilden direkte injektioner i moræneler 3x3 m grid: 36 injektioner vertikalt hver meter ml. 3,5-7,5 m.u.t. ABC+ (flygtige syrer, glycerin, næring + mikro-zvi) og dechlor. biomasse Strømningsretning kalk Injektioner: Juni 28 Monitering sand: kvartalsvist Dokumentation jord: August 29 og Marts 21

8 Resultater: Monitering i kalkmagasin Moniteringsprogram kalk: 6-1 boringer Hver 1-3 måneder Substrat (NVOC) Bakterier (Dhc) Redoxparametre Chlorerede + nedb og K4: nedstrøms kilden K3 og K7: i / ved biobarrieren

9 Substrat i kalkmagasin 25 Aktiv fase Passiv fase K7 2 K3 K NVOC, mg/l 15 1 Baseline:,5 mg/l Dage efter start af aktiv fase 1-1 mg/l Målsætning NVOC (1 mg/l) opnået efter <6 dage Alle boringer er påvirket af substrattilsætning Nedstrøms boring reagerer bedre på passiv fase Forhøjede NVOC-indhold indtil dag 55-6 Relativt hurtigt koncentrationsfald i fht EOS- og laktat-mængde er NVOC fortsat i systemet? snarlig reinjektion af substrat?

10 Redoxforhold i kalkmagasin Aktiv fase Passiv fase Baseline: 4-45 mg/l SO 4 <1 mg/l CH 4 Sulfat, mg/l Dage efter start af aktiv fase Methan, mg/l K7-Sulfat K3-Sulfat K4-Sulfat Sulfat K7-Methan K3-Methan Sulfat falder og methan stiger efter afslutningen af passiv fase relativt lang konditionering, bedre effekt af passivt system? Sulfat: Nedstrøms boring reagerer bedre på passiv fase Sulfat stiger igen i begyndende substrat-mangel? Dog: fortsat kraftig methandannelse trods lav NVOC (er substrat i systemet?)

11 Dechlorering i kalkmagasin: Chlorerede ethener Boringer i biobarrieren Boringer nedstrøms biobarrieren Chlorerede ethener, nm Aktiv fase Passiv fase K7-VOC K3-VOC K7-ETH K3-ETH Ethen+ethan, nm Chlorerede ethener, nm Aktiv fase K4-VOC VOC K4-ETH ETH Passiv fase Ethen+ethan, nm Dage efter start af aktiv fase Dage efter start af aktiv fase Faldende CVOC-koncentrationer Ethen/ethan stiger >dag 25, dvs efter passiv fase pumpning Konditionering i aktiv fase og start af passiv Højere koncentrationer nedstrøms end under kilden Under kilden: Før max 13 µg/l CVOC, nu max 1,3 µg/l CVOC (K7) Nedstrøms: Før max 46 µg/l CVOC, nu max 6,4 µg/l CVOC ( )

12 Dechlorering i kalkmagasin: dechloreringsgrad Aktiv fase Passiv fase Baseline: K7: 47% K3: 16% K4: 26% 115:,7% Dechloreringsgrad, % 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% % Dage efter start af aktiv fase K7 K3 K K7: 96% K3: 94% K4: 99,8% 115: 98% Start: Dechloreringsgrad påvirket af pumpeforsøg nov 7 Dechloreringsgrad stiger i aktiv fase dog mest markant >dag 25 Dag : DKG 94-1 % DKG fortsat høj trods faldende NVOC og Dhc

13 Opsummering ERD i kalkmagasin TCE-fanen i kalkmagasin oprenset ved ERD TCE er fuldstændig nedbrudt til ethen og ethan Opretholdt dechlorering min. 12 mdr efter slut af aktiv fase ERD kan anvendes som poleringsmetode lave CVOC-koncentrationer Valg af boringskonfiguration er vigtig Alternerende injektionsstrategi (passiv) overvundet de præferentielle strømningsveje i det opsprækkede magasin jævn fordeling af substrat Passivt system giver bedre respons i magasinet end aktivt system Levetid af EOS kortere end forventet reinjektion påkrævet 2 år efter EOS-injektion planlagt forår 21 Ingen tilklogning af boringer med opløst donor (Na-laktat) Men reduceret permeabilitet pga. EOS- sorption

14 Erfaringer med ERD i kalkmagasin Væsentlig interaktion mellem sprækker og matrix What we see is (not!) what we get i hvert fald ikke hele sandheden Hvordan kan vi forudse de interaktive processer og de afledte effekter? Den horisontale biobarriere i kalken beskytter magasinet mod infiltrerende forurening fra kilden i ML, imens kilde-oprensning pågår ERD er et muligt og cost-effektivt alternativ til Pump&Treat Samme lange tidshorisont (indtil infiltration af forurening stopper) Men ERD - in situ fjernelse af CVOC - ingen on site vandbehandling - mindre vedligeholdelse

15 Moniteringsresultater kildeoprensning - sandlag Baseline CVOC: µg TCE/l 1½ år efter injektion i kilden:,4-1,7 µg CVOC/l Chlorerede ethener, nm B13-VOC B16-VOC B17-VOC B18-VOC B13-ETH B16-ETH B17-ETH B18-ETH Ethen og ethan, nm 1 1 Sandlag under kilden Dage efter injektion i ML 1% 9% Dechloreringsgrad, % 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% B13 B16 B17 B18 % Dage efter injektion i ML

16 Moniteringsresultater kildeoprensning - moræneler Jordprøver fra ML (kerner og boringer) Forureningssammensætning og -niveau Tidligere medium forurening i ML (PID: 3 ppm) Substrat/ZVIfordeling m afstand hhv. ½ m, 1m og 1½ m fra injektionspunkter Supplerende boringer marts 21 Forureningssammensætning og -niveau Tidligere kraftigst forurening i ML (88 mg/kg TCE 5 m.u.t.) ingen nedbrydningsprodukter!

17 Moniteringsresultater kildeoprensning - moræneler Kerneprøver KP1 KP2 Forureningssammensætning (omsætning) i kraftigst forurenet del Injektionsdybder: 3½; 4½; 5½; 6½; 7½ m.u.t. Ingen ethen/ethan og Dhc-analyser på jord Jern (g/kg) DKG (%) Kerneprøve KP1 Sum chlorerede ethener (mg/kg) Baggrund jern (g/kg) Sortfarvning Lugt Target jern (g/kg) Dybde, m Korrelation ml DKG og visuelle/lugt-observationer: Dechlorering i områder, hvortil substrat/zvi er spredt TCE fuldt omsat til cdce (og VC) Chlorerede stoffer (mg/kg), total-jern (g/kg) og Dechloreringsgrad (DKG), %

18 Moniteringsresultater kildeoprensning - moræneler Dybde, m Jern (g/kg) DKG (%) Boring JB1 Sum chlorerede ethener (mg/kg) Baggrund jern (g/kg) Sortfarvning Lugt Target jern (g/kg) Dybde, m Jern (g/kg) DKG (%) Boring JB3 Sum chlorerede ethene (mg/kg) Baggrund jern (g/kg) Sortfarvning Lugt Target jern ½ m Chlorerede stoffer (mg/kg), total-jern (g/kg) og Dechloreringsgrad (DKG), % m Chlorerede stoffer (mg/kg), total-jern (g/kg) og Dechloreringsgrad (DKG), % Boringer JB1-JB3 Fordeling af substrat/zvi som funktion af afstand fra Injektionspunkter - ingen klar forskel horisontalt - peaks svarer til inj.dybder Få CVOC-analyser markant lavere koncentrationer end i KP1, som forventet Dybde, m Boring JB2 Jern (g/kg) DKG (%) Sum chlorerede ethener (mg/kg) Baggrund jern (g/kg) Sortfarvning Lugt Target jern (g/kg) ½ m Chlorerede stoffer (mg/kg), total-jern (g/kg) og Dechloreringsgrad (DKG), %

19 Moniteringsresultater kildeoprensning - moræneler Korrelation mellem dechloreringsgrad og jern/substratforekomst Primært horisontal spredning Gennemsnitlig vertikal afstand ml. jern/substrat-forekomster: 3-6 cm Ingen signifikant forskel med horisontal afstand fra injektionspunkt Dechlorering er øget signifikant i ML, men er endnu ikke fuldstændig Biologisk vs. abiotisk nedbrydning dominerende? Uvist i ML - ikke målt ethen/ethan og Dhc Fuldstændig nedbrydning i sand og høje Dhc, delvis via VC Fuldstændig oprensning af ML kræver formentlig geninjektion, fx med tættere vertikal afstand Marts 21: supplerende dokumentationsboringer, der dækker det behandlede område mere jævnt til ekstrapolation af resultater og til beslutning om geninjektion i ML

20 Konklusion og perspektivering Kalk: Alternerende pumpestrategi har muliggjort jævn fordeling i opsprækket kalk Etablering af biobarriere har haft signifikant effekt på koncentrationer i kalk: TCE fuldstændig omsat til ethen og ethan Biobarriere har opfyldt formål: at beskytte kalk mod infiltrerende forurening Mulig forestående substratmangel i kalken reinjektion planlagt til forår 21 Moræneler Injektioner har haft signifikant effekt på forureningssammensætning øget dechloreringsaktivitet Abiotisk eller biologisk dechlorering dominerende? Reinjektion kan være påkrævet til at adressere områder, der ikke er behandlet ved 1. runde

21 Tak for opmærksomheden! Spørgsmål? 3/26

22 Dechlorering i kalkmagasin: stofsammensætning 7 Aktiv fase Boringer i biobarrieren Passiv fase K7 Boringer nedstrøms biobarrieren 7 Aktiv fase Passiv fase K3 6 6 Koncentration, nm moniteringsrunde nr Ethan Ethen VC trans-dce cis-dce TCE PCE Koncentration, nm moniteringsrunde nr Ethan Ethen VC trans-dce cis-dce TCE PCE 9 Aktiv fase Passiv fase K4 9 Aktiv fase Passiv fase Koncentration, nm Ethan Ethen VC trans-dce cis-dce TCE PCE Koncentration, nm Ethan Ethen VC trans-dce cis-dce TCE PCE moniteringsrunde nr moniteringsrunde nr Start stofsammensætning påvirket af tidl. pumpeforsøg (nov 7) << bio: kun TCE Faldende total-koncentrationer og øget dechlorering over tid Markant skifte >25 dage

23 Dechlorering i kalkmagasin: Dehalococcoides 1,E+7 Aktiv fase Passiv fase Dehalococcoides, genkopier/ml 1,E+6 1,E+5 1,E+4 1,E+3 1,E+2 1,E Dage efter start af aktiv fase K7 K3 K Dhc stiger i aktiv og passiv fase boring reagerer igen kraftigst på passiv fase Stabil i en periode Dhc falder, når ethen/ethan stiger markant og CVOC falder