HVORDAN VÆLGES DEN OPTIMALE METODE TIL KILDEFJERNELSE?

Transkript

1 HVORDAN VÆLGES DEN OPTIMALE METODE TIL KILDEFJERNELSE? Fagleder, civilingeniør Torben Højbjerg Jørgensen COWI A/S 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 INDLEDNING Indenfor de seneste år er der introduceret en række nye oprensningsmetoder, hver især med deres egne styrker og svagheder. I dette indlæg gives der et overblik over de mange metoder med beskrivelse af, hvor de kan anvendes og metodernes begrænsninger, herunder forslag til screeningsprocedure til udvælgelse af metoder. Desuden gives der forslag til hvilke forundersøgelser, som er nødvendige for at kunne vurdere metoderne. Erfaringerne fra de seneste års oprensninger er, at det ofte er nødvendigt at kombinere flere metoder (Treatment Train). Det er således ikke spørgsmålet om at kunne udvælge én metode, men udfordringen er ofte at kombinere flere metoder. I indlægget fokuseres på metoder til kildeoprensning med de mobile forureningskomponenter, eksempelvis klorerede opløsningsmidler og oliekomponenter. Oprensning af forurening med tungmetaller, PAH'er og andre mere immobile stoffer er noget anderledes og behandles ikke nærmere. DEFINITION AF KILDEOMRÅDE Grænsefladen mellem kilde- og faneområdet er i de fleste sager ikke helt veldefineret, og selv i den danske litteratur er der ikke nogen helt præcis definition af henholdsvis "kilde- og faneområdet". I dette indlæg defineres kildeområdet som det område med den væsentligste forureningsmasse, dvs. område med høje jordkoncentrationer og evt. tilstedeværelse af fri - eller residuel fri fase. Ved gamle forureningsspild kan den fri fase være udvasket, og kildeområdet er her karakteriseret med høje jordkoncentrationer. For klorerede opløsningsmidler og oliekomponenter vil der typisk være mindst % af den samlede forureningsmasse i selve kildeområdet. METODEOVERSIGT OG UDVÆLGELSE AF METODER Tabel 1 giver en oversigt over de væsentligste metoder, som anvendes i dag ved oprensning af klorerede opløsningsmidler. Det bemærkes, at erfaringsgrundlaget for flere af metoderne er ret begrænset i Danmark. Metodernes anvendelsesområde er angivet for følgende nøgleparametre: 1) kilde- eller faneområde 2) mættet eller umættet zone 3) geologiske forhold (permeable/lavpermeable aflejringer) 4) relative omkostninger 5) tidsperspektiv

4 Tabel 1 Eksempler på afværgemetoder over for klorerede opløsningsmidler Metode Teknik Lavpermeable Anvendelsesområde Kilde Fane Umættet zone Medie Geologisk miljø Mættet zone Permeable Relative omkostninger Relativ behandlingstid Etable-ring Drift Fysisk indeslutning Med bentonit-slurry Høj Lav Kort Med spuns Høj Lav Kort Afgravning og ex situ behandling Eks. termisk behandling Høj Middel Kort Oppumpning og ex situ behandling Eks. rensning med aktivt kul Lav-middel Middel - høj Lang Vakuumekstraktion Behandling ex-situ Lav Lav Middel Flerfaseekstraktion Dual phase extraction Høj Høj Kort Airsparging Lav Lav Middel In-situ flushing Eks. flushing med opløsningsmidler Middel-høj Høj Kort Termisk behandling in situ Dampekstraktion Høj Høj Kort Elektrisk resistivitetsopvarmning Høj Høj Kort Elektrisk konduktiv opvarmning Høj Høj Kort Stimuleret biologisk nedbrydning Anaerob reduktiv deklorering Middel Middel Middel Aerob oxidation Middel Lav Lang Aerob cometabolisme Middel Høj Lang Kemisk oxidation in situ Permanganat Middel Middel Middel Fenton's reagens Høj Høj Middel Ozon Høj Middel Middel Persulfat Middel Middel Middel Reduktion med jern(0) Permeable reaktive vægge Middel Lav Lang Jernpulver (mikro eller nano jern) Høj Middel Middel Emulgeret metallisk jern Høj Middel Middel Phytoremidiering Lav Lav Lang - Metoden kan normalt anvendes - Metoden kan ikke anvendes eller er normalt ikke anvendelig

5 I mere "ukomplicerede" sager er det relativt nemt at udvælge de mest relevante metoder. Det kan være et mindre spild med fyringsolie uden den store spredning til grundvandsspejlet. Her vil en graveløsning måske være en helt oplagt løsning. Det vil dog i de fleste tilfælde være en fordel at anvende en systematisk tilgang til udvælgelse af metoder. Et eksempel herpå findes i afværgehåndbogen fra Amternes Videncenter for Jordforurening /1/. Ved udarbejdelse af indledende afværgeforslag for forureningen i Kærgård Plantage anvendte COWI et screeningsværktøj, som blev skræddersyet til opgaven, men som også kan anvendes generelt i andre sager /se 2 og 3/. Som grundlag for screeningen blev der indledningsvist opstillet mulige målsætninger og beskrevet overordnede afværgeprincipper. Afværgemetoder er herefter identificeret og behandlet i tre trin, der hver indebærer begrundede valg/fravalg af metoder i forhold til næste trin i processen. For hvert trin er detaljeringsgraden i beskrivelse og vurdering af metodens mulige anvendelse over for forureningen i Kærgård Plantage forøget. Screeningsprocessen har således omfattet følgende trin: Opstilling af mulige målsætninger for eventuelle afværgeforanstaltninger Overordnet beskrivelse af afværgeprincipper Indledende screening: Identifikation af mulige afværgemetoder Detaljeret screening: Sammenligning af metoder og udpegning af de mest relevante Detaljeret analyse af udpegede metoder Processen ledte frem til opstilling af fire alternative afværgestrategier /se 2, 3/ Vi arbejder pt. sammen med SWECO og GeoSyntec for den Svenske Miljøstyrelse med at udvikle et screeningsværktøj til udvælgelse af afværgemetoder over for forurening med klorerede opløsningsmidler. Det er vores vurdering, at en systematisk tilgang til udvælgelse af afværgemetoder er en stor hjælp både for den udførende part, men også for klienten eller myndighederne. Tabel 2 viser et eksempel på et skema, som kan anvendes til en indledende screening. De valgte screeningskriterier kan tilpasses den konkrete målsætning, og der kan afkrydses med ja/nej, eller der kan anvendes et scoringssystem. Med udgangspunkt i tabel 2 er det forholdsvist nemt at lave en indledende screening til valg/fravalg af metoder. Er der tale om en forurening med eksempelvis PCE, en lokalitet med lavpermeable aflejringer, udelukkende forurening i den umættede zone og en målsætning om hurtig oprensning, vil antallet af metoder kunne reduceres til nogle ganske få metoder (eksempelvis afgravning, termiske metoder med elektricitet og evt. kemisk oxidation). Ved mere permeable aflejringer vil potentielle afværgemetoder være større.

6 Tabel 2 Eksempel på indledende screening til valg/fravalg af metoder Metode Teknik Fysisk indeslutning Med bentonit-slurry Med spuns Afgravning og ex situ behandling Eks. termisk behandling Oppumpning og ex situ behandling Eks. rensning med aktivt kul Vakuumekstraktion Behandling ex-situ Flerfaseekstraktion Dual phase extraction Airsparging In-situ flushing Eks. flushing med opløsningsmidler Termisk behandling in situ Dampekstraktion Elektrisk resistivitetsopvarmning Elektrisk konduktiv opvarmning Stimuleret biologisk nedbrydning Anaerob reduktiv deklorering Aerob oxidation Aerob cometabolisme Kemisk oxidation in situ Permanganat Fenton's reagens Ozon Persulfat Reduktion med jern(0) Permeable reaktive vægge Jernpulver (mikro eller nano jern) Emulgeret metallisk jern Phytoremidiering Miljøbelastning Anvendelsesområde Kilde Fane Forureningskomponent Adgangsforhold Eksempel på screeningskriterier Geologi/hydro geologi Relative omkostninger Tidshorisont Afværgemetode til yderligere overvejelse (ja/nej)

7 NØDVENDIGE OPLYSNINGER FOR AFVÆRGE For at kunne udvælge de mest optimale og cost-effektive rensemetoder er der nogle forhold som skal være kendt: A. Målsætninger for afværgeløsninger B. Kendskab til forureningsforholdene på den konkrete lokalitet C. Særlige dimensioneringskriterier for de enkelte metoder Målsætninger Vi vil ikke gå i detaljer mht. målsætninger, da dette emne behandles i et andet indlæg på mødet. Overordnet er det dog vigtigt at få fastlagt følgende forhold: Oprensningskrav (eksempelvis krav til koncentrationer i jord, grundvand, poreluft eller indeluft) Krav til tidshorisont for oprensning (eksempelvis krav om maksimalt 2 års oprensningsperiode) Andre krav (eksempelvis krav til omkostninger, lav miljøbelastning, skal være en afprøvet metode, høj sikkerhed for opfyldelse af målsætning, bygninger skal bevares) Forureningsundersøgelse For at kunne udvælge den tekniske, økonomiske og miljømæssig mest optimale oprensningsmetode for mere komplicerede sager er det vigtigt at have en veldokumenteret undersøgelse af forureningsforholdene på en given lokalitet, herunder kortlægning af spredningsvejene og massefordeling i både mættet og umættet zone. I mindre komplicerede sager skal det selvfølgelig nøje vurderes, om omkostninger til undersøgelser står mål med omkostningerne til en senere oprensning. Det er altid en god ide at opstille en konceptuel model af forureningsforholdene på lokaliteten med oplysninger om geologi, hydrogeologi, forureningsforhold og spredningsveje, se tabel 3. Det er specielt vigtigt at have en god forureningsbeskrivelse og afgrænsning af kildeområdet, da det er her den væsentligste forureningsmasse findes. Særlige undersøgelser mht. vurdering af afværge Allerede i undersøgelsesfasen kan det være en god ide at supplere undersøgelsen med forhold, som kan understøtte valg af metoder. Ofte er det kun en begrænset merudgift hvis disse supplerende oplysninger indhentes sammen med den videregående undersøgelse - udføres disse undersøgelser først i en efterfølgende fase, vil undersøgelser typisk være væsentlige dyrere at fremskaffe. Det er derfor vigtigt, at man allerede i undersøgelsesfasen har vurderet, om den konkrete lokalitet evt. skal oprenses, og har gjort sig nogle forestillinger om hvilke målsætninger, der evt. kunne være for en oprensning. Tabel 4 viser eksempler på undersøgelser, som med fordel kan medtages i den videregående undersøgelse.

8 Tabel 3. Væsentlige forhold som bør afklares ved en forureningsundersøgelse, og som kan indgå i den konceptuelle model på en lokalitet Information Geologiske og hydrogeologiske informationer (Permeabilitet, hydraulisk ledningsevne, grundvandspotentiale) Forureningssammensætning herunder evt. nedbrydningsprodukter, koncentrationsniveau, fasefordeling Formål Stor betydning for forureningsspredning og mulighed for anvendelse af afværgemetoder. Sammensætning af forureningskomponenter har betydning for valg af afværgemetode. Ved blandingsforurening er det ikke sikkert,at alle stoffer behandles med den samme metode. Det er vigtig at forholde sig til om forureningsindhold indikerer fri fase. Forekomst af fri fase Vertikal og horizontal kortlægning af forurening i mættet og umættet zone Fordeling af forureningsmassen i mættet og umættet zone Redoxforhold og uorganisk grundvandskemi Forekomst af fri fase vil være styrende for valg af afværgeteknologi og kan have altafgørende betydning for oprensningstid Vurdering af spredningsforhold, fordeling af forurening i forskellige medier og geologi. Desuden vigtig mht. udpegning af indsatsområde for kilde- og faneområde Betydning for definition af kilde- og faneområde og til udvælgelse af indsatsområde for afværgemetode(r) Betydning for vurdering af en række afværgemetoder som oppumpning, naturlig nedbrydning og kemiske og biologiske metoder Tabel 4. Parametre som evt. kan udføres sammen med den videregående undersøgelse Parameter Undersøgelse Formål Hydrauliske undersøgelser (T-værdi, hydrauliske ledningsevne, gradient) Redoxforhold og uorganisk grundvandskemi Pumpeforsøg, pejling Vandprøve til analyse for boringskontrol, evt. med sulfid og methan Den hydrauliske ledningsevne er en uhyre vigtig parameter for de fleste afværgemetoder Vurdering af nedbrydningsforhold. Det er væsentligt at vide, om den uorganiske vandkemi indeholder problematiske stoffer for afværgemetoder (fx jern, mangan, sulfat, bicarbonat, methan mm.) Geotekniske undersøgelser Vingestyrke, vandindhold Vurdering af afgravningsmuligheder tæt på bygninger Nedbrydningspotentiale for biologisk nedbrydning af klorerede opløsningsmidler Dehalococcoides, ethen og ethan Parametre til vurdering af stimuleret eller naturlig nedbrydning af klorerede ethener Indhold af organisk stof i sediment Mangler akkrediteret metode Betydning for fasefordeling, adsorption, hastighed af forureningsspredning NOD (natural oxidant demand) Måling af NOD for sediment ved udtagning af jordprøve Anvendes til vurdering af oxidationsforbrug med kemisk oxidation

9 KONKLUSION OG PERSPEKTIVERING Med introduktion af et stigende antal afværgemetoder er det vigtigt at have en systematisk procedure for udvælgelse af den mest optimale oprensningsmetode til kildeoprensning. På forhånd kan der ikke udpeges metoder, som er bedre end andre, det vil helt afhænge af den konkrete sag og målsætningen for afværge. I mange tilfælde skal der anvendes flere metoder i kombination, selv til oprensning af kildeområder. Vi anbefaler, at der anvendes systematiske screeningsprocedurer i flere trin, der hver indebærer begrundede valg/fravalg af metoder i forhold til næste trin i processen. For hvert trin øges detaljeringsgraden i beskrivelsen og vurderingen af metodens mulige anvendelse over for forureningen. I undersøgelsesfasen kan der med fordel inddrages forhold, som kan understøtte valg af metoder. Ofte er det kun en begrænset merudgift, hvis de indgår sammen med den videregående undersøgelse, men udføres disse undersøgelser først i en efterfølgende fase, vil de typisk være væsentligt dyrere. LITTERATUR /1/ Afværgehåndbog om chlorerede stoffer i jord og grundvand. Nr Amternes Videncenter for jordforurening /2/ Tekniske løsninger af forureningssituationen i Kærgård Plantage. COWI og Arbejdsgruppen vedrørende Kærgård Plantage. Marts 2005 /3/ Redegørelse vedrørende forureningen i Kærgård Plantage. Arbejdsgruppen vedrørende Kærgård Plantage, marts 2005

10