Opdateret notat med miljøvurderinger ved etablering af varmepumpe ved krydstogtterminaler i Nordhavn_rev. 3

Transkript

1 Opdateret notat med miljøvurderinger ved etablering af varmepumpe ved krydstogtterminaler i Nordhavn_rev. 3 Plan-Fjernvarme, Bygas & Kraftvarme Direkte tlf nphe@hofor.dk Dato: Afsender: Malu Cordius, Niels Præstegaard Hendriksen, Søren Eder- Jensen, Jan Stæhr (Grundvandsspecialist,COWI) Niels Peter Arildskov (Grundvandskemisk specialist, COWI) Jesper Kjølholt (Fagleder, Miljøkemi og Økotoksilogi, COWI) Modtager: Københavns Kommune, TMF Dette notat er opdateret i forhold til det tidligere fremsendte notater dateret hhv. den og den Opdateringen er sket ud fra ønsker fra TMF om bl.a. opdateringer af vandmængder. HOFOR arbejder på at etablere en varmepumpe til varmeforsyning af krydstogtterminaler og UNICEF-lageret i Nordhavn. Varmpumpeprojektet er tidligere beskrevet, bl.a. i Notat til orientering om projektet og Etablering af eldreven varmepumpe med grundvand som varmekilde ved krydstogtterminalen i Nordhavn Projektforslag i henhold til lov om varmeforsyning. Der er i forbindelse med projektet foretaget prøveboringer og der er fra prøveboringerne udtaget vandprøver. Prøveresultaterne kan findes i evalueringsrapporten dateret Indeværende notat er udarbejdet efter ønske fra TMF med henblik på at beskrive konsekvenserne ved udledning af vand til havnen og muligheder for nedbringelse af indholdet af problematiske stoffer. De problematiske stoffer er zink, kvælstof og strontium. Notatet indeholder derudover beskrivelse af øvrige miljømæssige konsekvenser ved projektet. Vandmængder I nedenstående tages udgangspunkt i en årlig vandmængde på m3. I nedenstående figur ses den forventede fordeling af vandmængderne over året, vist som det gennemsnitlige månedlige vandforbrug. Vandet er i beregningerne antaget kølet fra ca. 10 C til 3 C i varmepumpen. Ørestads Boulevard København S Telefon CVR-NR

2 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00-10,00-20,00-30,00 Gennemsnitligt vandflow pr. måned [m3/h] Temperaturforskel mellem havvand og udledt vand [ C] Strontium Muligheder for nedbringelse af indholdet af strontium i udledningsvandet Strontium kan ikke i væsentlig grad nedbringes ved almindelig vandbehandling (iltning og filtrering). Overholdelse af kravværdien kræver derfor avanceret rensning, hvor der er følgende muligheder: ph regulering Kationbytning Omvendt osmose Ved ph regulering bringes ph først til ca. 10 ved tilsætning af en base, eksempelvis CaO, Ca(OH) 2 eller NaOH. Hermed forrykkes carbonatsystemet, så vandet bliver overmættet med carbonater, herunder kalk (CaCO 3 ) og strontianit (SrCO 3 ). Disse mineraler udfældes herefter (der kræves en udfældningstank), og ph må hernæst evt. nedreguleres ved tilsætning af f.eks. saltsyre (HCl), inden det rensede vand udledes til recipient. Metoden stiller krav til doseringsanlæg for base og syre samt en udfældningstank med en passende hydraulisk opholdstid, typisk mindst 8 timer. Endelig skal bassinet med jævne mellemrum oprenses for de udfældede carbonater, som hernæst skal bortskaffes. Kationbytning kræver indledende filtrering af vandet, og der kan være behov for at justere på vandets hårdhed. Selve processen foregår i en reaktor, hvor kationbytteren er ladet med f.eks. natrium. Ionbytteren skal regenereres med jævne mellemrum, og det udskyllede koncentrat skal bortskaffes. Det kan være nødvendigt at justere ph, inden det rensede vand kan udledes i recipienten. Ørestads Boulevard København S Telefon CVR-NR Side 2 af 7

3 Omvendt osmose indebærer, at vandet renses for partikler, molekyler og ioner ved passage igennem en semipermeabel membran. Processen er meget energikrævende, idet processen kræver et væsentligt overtryk for at imødegå det osmotiske tryk. Ved rensningen dannes der et koncentrat, som skal bortskaffes. Økotoksikologiske overvejelser Den nyeste udgave af miljømålsbekendtgørelsen 1 fastsætter i Bilag 2, Del B.1 et nationalt, generelt miljøkvalitetskrav for strontium på 2100 µg/liter = 2,1 mg/liter, der bl.a. gælder for havmiljøet ("andet overfladevand"). Kravet er givet i form af en såkaldt tilføjet værdi, dvs. den overkoncentration, der kan accepteres i miljøet ud over den naturligt forekommende baggrundskoncentration af stoffet. Når overkoncentrationen af strontium er mindre end 2,1 mg/liter anses der således ikke at være risiko for effekter på organismer i vandmiljøet. Strontium er et grundstof, der er naturligt forekommende i både jordskorpen og vandmiljøet, særligt i havvand. Ved en almindelig Google-søgning findes samstemmende meldinger om, at gennemsnitskoncentrationen af stoffet i havvand (oceanvand; salinitet ca. 35 promille) er ca. 8 mg/liter, men da saliniteten i Øresund er noget lavere end i oceanvand og strontiumniveauet i ferskvand er betydeligt lavere end i saltvand (kan konservativt sættes til nul) skønnes baggrundkoncentrationen af strontium også at være lavere. Da en eventuel udledning forventes at ske nær kajen og tæt ved bunden (skønnet til ca. 10 meters dybde) forslås en lokal baggundskoncentration af strontium på halvdelen af oceanværdien, altså 4 mg/liter, idet saliniteten i Øresund varierer en del, men typisk er promille i de øverste meter og 30 promille nær bunden. Den gennemsnitlige koncentration af strontium i de analyserede vandprøver 2 var µg/liter = 40 mg/liter, altså noget højere end miljøkvalitetskravet. Imidlertid skal kravværdien ikke nødvendigvis være overholdt i selve udledningspunktet, men først ved kanten af en såkaldt blandingszone omkring udledningspunktet, som miljømyndigheden kan beslutte og fastsætte størrelsen af. Dette fremgår af 12 i bekendtgørelse om krav til udledning af forurenende stoffer til vandmiljøet 3. Under antagelse af en baggrundskoncentration af strontium på 4 mg/liter og en koncentration i udledningspunktet på 40 mg/liter kan den nødvendige fortynding (S) til overholdelse af et miljøkvalitetskravet på 2,1 mg/liter beregnes til ca. 17 gange. 1 Bekendtgørelse om fastlæggelse af miljømål for vandløb, søer, overgangsvande, kystvande og grundvand. Miljø- og Fødevareministeriets bekendtgørelse nr. 439 af Vandprøve taget ved opstart af langtidsprøvepumpning (prøvenr /16) er ikke medtaget i dette gennemsnit, da den vurderes ikke at være repræsentativ. 3 Bekendtgørelse om krav til udledning af forurenende stoffer til vandløb, søer eller havet. Miljø- og Fødevareministeriets bekendtgørelse nr. 921 af Ørestads Boulevard København S Telefon CVR-NR Side 3 af 7

4 (miljøkvalitetskravet på 2100 µg/l er en tilføjet værdi) Fortyndingen bliver da: ((f-1)*4 + 40)/f = (4+2,1), som giver f= 17. Hvis udledningens størrelse (Q 0 ) konservativt sættes til 100 m³/time svarende til 0,028 m³/sek., recipientens vanddybde (H) nær udledningspunktet til 5,5 meter og vandets strømhastighed (U) til 0,1 meter/sek. fås ved benyttelse af en simpel fortyndingsmodel 4 en maksimal blandingszone for overholdelse af miljøkvalitetskravet for strontium med en radius på kun 2,16 meter. Zink For Zink vil den tilsvarende afstandsberegning se således ud (vurderet/beregnet af COWI): Baggrundsniveau for zink antages at være det halve af oceanniveau, dvs. 2,5 µg/l Zinkkoncentrationen i det oppumpede vand sættes til 21 µg/l. Det generelle marine kvalitetskrav er baggrundsniveauet + 7,8 µg/l = 10,3 µg/l Den nødvendige fortynding kan da beregnes af: ((f-1). 2,5 + 21)/f = 10,3 Dette giver f = 2,37 Ved brug af samme formel og værdier for Q0, U og H som anvendt for strontium fås en afstand på: X = S. Q0/(0,4. U. H) = 2,37. 0,028/(0,4. 0,1. 5,5) = 0,30 meter. Kvælstof Ud fra de forventede vandmængder og et gennemsnit af kvælstofindholdet i de udtagne grundvandsprøver (kvælstofværdi fra prøverne er i gennemsnit 5 9,55 mg/l, se evalueringsrapport fra den ), er nedenstående overslag over de udledte mængder kvælstof pr. måned. Samlet set vurderes der maksimalt at blive udledt kg kvælstof om året. Det er væsentligt i forhold til kvælstofudledningen, at langt størstedelen af udledningen forekommer om vinteren, hvor vandtemperaturen i havnen er relativt lav. De udledte mængder kvælstof om sommeren, hvor temperaturerne i haven er højest, er relativt begrænsede. 4 X = S. Q 0 / 0,4. U. H (hvor X er radius af den nødvendige blandingszone omkring udledningspunktet) Dvs. X = 17. 0,028 / 0,4. 0,1. 5,5 = 2,16 (meter) 5 Vandprøve taget ved opstart af langtidsprøvepumpning (prøvenr /16) er ikke medtaget i dette gennemsnit, da den vurderes ikke at være repræsentativ. Ørestads Boulevard København S Telefon CVR-NR Side 4 af 7

5 Total kvælstof (N) pr. md. [kg/måned] Vandtemperatur i havnen [ C] Kvælstof [kg/md] Havvandstemperatur [ C] Vandets indhold af kvælstof kan forekomme på reduceret form (ammonium/ammoniak) eller på oxideret form (nitrat/nitrit). Ud fra vandets kemiske sammensætning, specielt niveau af total-n og (lave) koncentrationer af redox parametrene jern, methan og mangan vurderedes vandet at være oxideret. Dette ses imidlertid ikke i vores analyse for nitrit og nitrat i grundvandet, da kvælstoffet er på formen ammonium. Men både ammoniak/ammonium (og nitrit for den sags skyld) er imidlertid reaktive og i kontakt med atmosfærisk luft vil de hurtigt blive oxideret ved hjælp af processen nitrification. Slutproduktet er nitrat, hvorfor det totale kvælstofindhold vil være til stede i form af nitrat. Vandets nitratindhold påvirkes ikke af konventionel vandbehandling, så nedbringelse af kvælstofindholdet kræver avanceret rensning, hvor der er følgende muligheder: Biologisk denitrifikation Elektrodialyse Anionbytning Omvendt osmose Biologisk denitrifikation foregår i et rodzoneanlæg, som kræver en etableringsfase for biomasse samt etablering af anoxiske forhold, evt. ved tilsætning af substrat. Anlæggets effektivitet er følsomt overfor miljøforhold, først og fremmest temperatur. Behandling af op til m³/t vurderes at kræve et flere hektar stort anlæg, hvorfor der alene af pladsmæssige årsager ikke vurderes at være tale om en realistisk løsning. Elektrodialyse kræver indledende filtrering af vandet, og der kan være behov for at justere på vandets hårdhed. Selve processen foregår i en reaktor og er energikrævende Ørestads Boulevard København S Telefon CVR-NR Side 5 af 7

6 (elektricitet). Ved rensningen dannes der et koncentrat, som skal bortskaffes, og det kan være nødvendigt at justere ph, inden det rensede vand kan udledes i recipienten. Anionbytning kræver indledende filtrering af vandet, og der kan være behov for at justere på vandets hårdhed. Selve processen foregår i en reaktor, hvor anionbytteren er ladet med f.eks. chlorid. Ionbytteren skal regenereres med jævne mellemrum, og det udskyllede koncentrat skal bortskaffes. Det kan være nødvendigt at justere ph, inden det rensede vand kan udledes i recipienten. Omvendt osmose indebærer, at vandet renses for partikler, molekyler og ioner ved passage igennem en semipermeabel membran. Processen er meget energikrævende, idet processen kræver et væsentligt overtryk for at imødegå det osmotiske tryk. Ved rensningen dannes der et koncentrat, som skal bortskaffes. Økonomioverslag for vandrensning I praksis vil rensning af udledningsvandet med reduktion af både strontium og total-n, så det kan overholde myndighedernes krav, kræve enten omvendt osmose eller ionbytning. Et anlæg med mekanisk filtrering, blødgøring, omvendt osmose samt behandling af regenerationsbrine for op til m³/t med temperaturjustering vil være et projekt til i størrelsesordenen DKK mio. med driftsudgifter på DKK 5-8 pr. m³ behandlet vand. Anlægsudgifterne for et tilsvarende anlæg med ionbytning i stedet for omvendt osmose vil ligge ca. 50 % højere, men driftsudgifterne lidt lavere, overslagsmæssigt DKK 4-6 pr. m³. Økonomioverslag for vandrensning er ikke opdaterede på trods af de opdaterede vandmængder, men der forventes større omkostninger end angivet ovenfor pga. større vandmængder. Emissioner Emissionsberegninger er ikke opdaterede. Nedenfor ses resultater for beregninger af emissioner af forskellige forsyningsløsninger. Beregningerne svarer til dem der er beregnet i projektansøgningen og er baseret på Energistyrelsens samfundsøkonomiske analyseforudsætninger 6, men opdateret, så varmemængden svarer til varmepumpens produktion ved brug af m3 vand/år. Projektet med etablering af varmepumpen er sammenlignet med to alternativer, hhv. etablering af ny oliekedel og tilslutning til hovedstadens fjernvarmenet. Tilslutning til fjernvarmenettet anses ikke som en økonomisk gangbar løsning. 6 Ørestads Boulevard København S Telefon CVR-NR Side 6 af 7

7 Det ses af nedenstående tabel og figur, at varmepumpen er den løsning med de laveste emissioner. Emissionerne er angivet som summen over hele projektets levetid. Varmepumpe Oliekedel Tilslutning til nettet CO2 (ton) NOx (kg) SO2 (kg) Varmepumpe Oliekedel Tilslutning til nettet CO2 (ton) NOx (kg) SO2 (kg) Ørestads Boulevard København S Telefon CVR-NR Side 7 af 7