Metoder til forbedring af in

Transkript

1 Metoder til forbedring af in situ oprensning i moræneler - hvilke metoder virker og hvilke gør ikke Camilla Maymann Christiansen Ida Damgaard Mette M. Broholm Poul L. Bjerg Bertel Nilsson Knud Erik S. Klint Henriette Kerrn-Jespersen Carsten Bagge Jensen

2 Indhold Baggrund Forsøgslokaliteten Tilførselsmetoderne Pneumatisk frakturering Geoprobe tilførsel Hydraulisk frakturering Konklusioner Publikationer Dokumentationsmetoder Resultater

3 Baggrund Moræneler Lavpermeabel matrix Højpermeable sprækker styrende for stoftransport Chlorerede opløsningsmidler DNAPLs Spild ~40 år gamle Dybtrækkende Utilgængelig Problemet?

4 Baggrund Tilbagediffusion Lave flux/koncentrationer Nok til at overskride grænseværdier??

5 Baggrund Oprensning via naturlige sprækker? Diffusionsstyret Lang tidshorisont pga. stor sprækkeafstand Dannelse af flere sprækker Diffusionsstyring mindskes Krav: horisontale og tætliggende cm 10 år 1+ m

6 Forsøgslokaliteten Alle metoder afprøvet på én lokalitet sammenlignelighed Forsøg foretaget på åbent, uforurenet markområde

7 Forsøgslokaliteten Geologien er undersøgt via Eksisterende boringer Morfologiske kort Udgravninger og kerner og består af Øvre bundmoræne/basal till (type B) Usammenhængende sandlag (ca. 8 m u.t.) Nedre bundmoræne (type A/B) Redoxgrænsen Fast, systematisk opsprækket REPRÆSENTATIV ML Blød/fast, delvist opsprækket

8 Tilførselsmetoderne Pneumatisk frakturering boring én boring + gas m. + 5 væske fraktureringsdybder (8 4 m u.t.) Geoprobe tilførsel En sonde enkeltstående + væske sondering En klynge med 3 sonderinger (indbyrdes afstand 1,5 m) Hydraulisk frakturering 3 boring m u.t. + sand-gel-masse 6,5 + væske m u.t. 9,5 m u.t. 6-7 m u.t.

9 Tilførselsmetoderne - Dokumentation Samme sporstof blanding blev udbredt i jorden ved alle forsøg: Brilliant Blue blå bolschefarve (E133) Rhodamine WT stærkt sorberende, orange/pink fluorescerende Fluorescein mobil, grøn/gul fluorescerende Sammenlignelighed med diverse in situ oprensningsstoffer Permanganat (ISCO), ZVI, bakterier?/donorer (SRD)

10 Tilførselsmetoderne - Dokumentation Udgravninger 3) Kerne delprøvetagning og analyse i fluorometer 1) Kerneudtagning 2) Kernedeling

11 Tilførselsmetoderne - Dokumentation I ALT 3 udgravninger og ~400 m kerner!!!

12 Resultater - pneumatisk frakturering Kerner viser at sporstoffer er fordelt sub-horisontalt Spredning op til 10 m i isolerede punkter Massebalance fastslår spredningsradius på <2m Tætte sporstoffyldte sprækkenetværk over redoxgrænsen (naturlige) 0,5-1 m sprækkeafstand under redoxgrænsen Mindre sprækkeafstand mulig ved mindre afstand mellem fraktureringsdybder?

13 Resultater - pneumatisk frakturering

14 Resultater Geoprobe tilførsel Kerner viser at sporstoffer er fordelt sub-horisontalt Spredning i op til 3,5 m radius Massebalance fastslår overordnet spredningsradius på 1 m Tætte sporstoffyldte sprækkenetværk over redoxgrænsen (naturlige) Tætte sporstoffyldte sprækker under redoxgrænsen

15 Resultater hydraulisk frakturering Udgravning af sprække i 3 m u.t.

16 Resultater hydraulisk frakturering Få sporstof observationer i kerner Udbredelsesretning og -radius af sprække i 6,5 m u.t.? Udbredelsesretning og -radius af multi-sprækker i 6-7 m u.t.?

17 Resultater hydraulisk frakturering Sprække i 9,5 m u.t. var vertikal Geotekniske forudsætninger for horisontal opsprækning? K0 > 1 K0 ~ 1 K0 < 1 umiddelbart horisontale sprækker sprækkeretning afhængig af geologiske forhold? vertikale sprækker Geotekniske parametre målt ved triax forsøg lavet på uforstyrrede kerneprøver udtaget i 3, 6 og 10 meters dybde i en geoteknisk boring etableret på Vasby lokaliteten. Prøve dybde [m u.t.] K 0, no σ1', max σ3', max ( cu σ'pc ) = 1 σ1' σ'3 max 2 3,35 0, fraktureringssand Opskydning af hvidt ved under udbredelse af 6,30overfladen 0, sprække i 9,5 m u.t. 10,35 0, σ 'red cu = σ'red 0.4 σ' red OCR σ'pc σ'red K*0 = K 0, no OCR Efterfølgende udgravning til 1 m u.t. hvori 1,10 sprækkens lodrette udstrækning blev ,19 bekræftet ,83 Hydraulisk frakturering mere følsom end øvrige metoder Lignende resultater på andre danske hydraulisk frakturerede ML lokaliteter

18 Resultater konceptuel oversigt

19 Konklusioner Pneumatisk frakturering er i stand til at udbrede sporstoffer i sub-horisontale sprækker med en udbredelsesradius på op til 2 m i dybdeintervallet 4-8 m u.t. i Vasby moræneleren. Sprækkerne er tilbøjelige til at kortslutte i naturlige, vertikale sprækker. Tættere sprækker kan muligvis opnås ved tættere fraktureringsintervaller Geoprobe tilførsel er i stand til at udbrede sporstoffer i tætliggende, sub-horisontale sprækker med en udbredelsesradius på mindst 1 m i dybdeintervallet 2,5-9,5 m u.t. i Vasby moræneleren. Tilførselsmetoden virker robust i alle (4) tilførselspunkter. Hydraulisk frakturering er i stand til at udbrede sporstoffer i en stor sub-horisontal sprække med en radius på op til 3,5 m ved 3 m u.t. i Vasby moræneleren. Udbredelsesradius overstiger sprækkeradius. Frakturering ved større dybder resulterede ikke i lignende resultater, højst sandsynligt pga. lokalitetens geotekniske forhold som ikke er optimale for hydraulisk frakturering. Geoprobe tilførsel anbefales til forbedret in situ oprensning af forureningen på Vasby lokaliteten, som vurderes repræsentativ for dansk moræneler.

20 Publikationer Christiansen, C.M., Riis, C., Christensen, S.B., Broholm, M.M., Christensen, A.G., Klint, K.E.S., Wood, J.S.A., Bauer-Gottwein, P., and Bjerg, P.L. (2008): Characterization and Quantification of Pneumatic Fracturing Effects at a Clay Till Site. Environmental Science & Technology 42 (2): Christiansen, C.M., Wood, J.S.A., and Bjerg, P.L. (2010): Review of effects of environmental fracturing methods in low-permeability clay-type settings. Indleveret manuskript. Christiansen, C.M., Damgaard, I., Broholm, M.M., Kessler, T., and Bjerg, P.L. (2010): Direct-Push Delivery of Amendment-Comparable Tracers in Clay Till. Indleveret manuskript. Christiansen, C.M., Damgaard, I., Broholm, M.M., Kessler, T., Nilsson, B., Klint, K.E.S., and Bjerg, P.L. (2010): Comparison of Delivery Methods for Enhanced In situ Remediation in Clay Till. Indleveret manuskript. Christiansen, C.M. (2010): Methods for enhanced delivery of in situ remedation amendments in contaminated clay till. PhD afhandling, DTU Miljø. Damgaard, I., Broholm, M.M., Christiansen, C.M., Kessler, T., Klint, K.E., Nilsson, B. & Bjerg, P.L. (2009): Notat Sammenligning og dokumentation af hydraulisk frakturering og direkte injektion med GeoProbe på Vadsbyvej, Hedehusene. Notat udarbejdet til Region Hovedstaden, august 2009.

21 Tak til Jan Andersen Charlotte Riis Anders G. Christensen Stine Brok Christensen Palle Ejlskov Timo Kessler Thomas Brøker Eliot Cooper og tak for jeres Peter opmærksomhed! Bauer Gottwein Kresten Andersen Julie Chambon Julie L.L. Kofoed Niels Foged Judith Wood Maria Heisterberg Hansen Sune Andersen Nina Tuxen Bill Slack Torben Dolin Bent Skov Jens Schaarup Sørensen Mona Refstrup Mike Liskowitz Henriette Kerrn-Jespersen Gordon Bures Katerina Tsitonaki Knud Erik Klint Larry Murdoch Mette Broholm Jim Richardson Karina Bomholt Henriksen Carsten Bagge Jensen Christina Maj Hagberg John Liskowitz Bertel Nilsson Ida Damgaard Lisbet Brusendorff Poul L. Bjerg

22 ?

23 Økonomi Comparable pricing survey for the three enhanced delivery methods Pneumatic fracturing (ARS Technologies) Direct-push delivery (Vironex) Hydraulic Fracturing (Frac Rite) research Scenario Hydraulic fracturing (Frac Rite) commercial Distribution radius [m] 2 a 1 a 3 a 6 b Necessary Delivery locations c Total delivery points (and volume delivered per point) d 432 (50 L) 1728 (12 L) 192 (100 L) 24 (833 L) e Crew size Scenario a based on results of Danish field study at Vasbyvej b based on Frac Rite (vendor) modeling (Bures 2010) c given af 12x12 m area, simple side-by-side positioning d given 48 delivery points per borehole to achieve 0.25 m spacing over entire thickness of 12 m e given 24 fractures in the borehole to achieve 0.5 m spacing over entire thickness of 12 m (Bures 2010) f excl. equipment mobilization, per diem, and amendment costs g direct push drilling costs estimated at 1,200 US$ per day, 2 days required (Liskowitz 2010). h direct push drilling costs estimated at 2,000 US$ per day (Bures 2010) # rigs # days Total cost of delivery f [US$] 27, (25, ,400 for drilling g ) 30,665 US$ 88, (80, ,000 for drilling h ) 48,809,92 US$ (46, , for drilling h ) Cost of second delivery round (and average of 2 delivery rounds) [US$] 25, (26,200.00) 30, (30,665.00) 5, (47,005.12) 2, (25,854.92) Cost of third delivery round (and average of 3 delivery rounds) [US$] 25, (25,800.00) 30, (30,665.00) 5, (33,170.35) 2, (18,203.25)