KOMBINATION AF STIMULERET REDUKTIV DEKLORERING OG ATES MULIGHEDER OG UDFORDRINGER METTE CHRISTOPHERSEN

Transkript

1 KOMBINATION AF STIMULERET REDUKTIV DEKLORERING OG ATES MULIGHEDER OG UDFORDRINGER METTE CHRISTOPHERSEN

2 MANGE MEDFORFATTERE.. Lars Bennedsen og Bibi Neuman Gondwe, Rambøll Ida Damgaard, John Flyvbjerg, Anne Mette Granhøj Hansen og Jacob Krussel, Region Hovedstaden Philip Binning, DTU Miljø Andre partnere i projektet: Tim Grotenhuis, Wageningen University Bas Godschalk, IF Technology

3 ATES - AQUIFER THERMAL ENERGY STORAGE Sommer (kølebehov) Vinter (opvarmningsbehov) Indvinding Indvinding

4 1 st year, summer 1 st year, winter 10 th year, summer 10 th year, winter ATES-SYSTEMER Opvarmnings-/køle-system med et lavt CO 2 -aftryk Ikke så dyb (20 til 200 m u.t.) Alm. drikkevandsboringer Direkte op- og nedpumpning af grundvand (modsat BTES hvor en væske cirkuleres i lukket system) Termisk og hydraulisk balance (modsat f.eks. ren grundvandskøl) ATES-anlæg vinder i stigende grad indpas i Danmark Behov for køle-/varme i industriområder, hvor der samtidigt er forurenet. Dybderne for forureninger med klorerede opløsningsmidler er ofte de samme dybder, som man ville anvende grundvand til ATES fra

5 FORMÅL Formålet for projektet er at undersøge, om der er mulighed for synergi-effekter mellem ATES og oprensning af grundvandsforureninger med klorerede opløsningsmidler ved stimuleret reduktiv deklorering (SRD) Både det forøgede grundvandsflow og den dermed forøgede opblanding, samt varmeafgivelsen til grundvand ifm. ATES-anlæg kan benyttes til at accelerere den reduktive deklorering og dermed oprensning af forurenede grunde i Danmark Kombinationen af de to teknologier er fornylig afprøvet i Holland med lovende resultater, og derfor vil projektet undersøge, om teknologien kan overføres til Danmark. Der vil især være fokus på de praktiske erfaringer, der allerede er opnået i projekter verden over

6 LITTERATURSTUDIE Indhold: ATES og afværge samt kombinationer Praktiske erfaringer med kombination af ATES og afværge Faktorer der påvirker Økonomiske betragtninger Kriterier for udvælgelsen af lokaliteter

7 ATES MULIGHEDER Dipol system Dobbelt med separat kold og varm boring I NL op til 300 m 3 /t pr boring To retninger (sæsonvis) Storskala projekter - alle formål Recirkulationssystem Recirkulation med ekstraktions- og injektionsboring Samme retning hele året I NL op til 300 m 3 /t pr boring Storskala projekter - hovesageligt industrielt formål Enkeltboringssystem En boring med koldt og varmt filter i forskellig dybde I NL op til 80 m 3 /t pr boring Mindre skala alle formål Ref: Meer met Bodemenergie, 2012

8 MULIGE KOMBINATIONER AF GEOENERGI OG AFVÆRGE Type of combination concept ATESefficiency Remediation efficiency ATES and control/containment (without natural High Very low, the pollution is controlled thus reducing the spreading risks degradation) ATES and natural degradation High Low, natural degradation is often a slow process. Without management, possible risk of spreading. BTES and natural degradation High, however, energy yield is small Low, natural degradation is often a slow process. Without management, possible risk of spreading. ATES combined with heat transport High Low, natural degradation is often a slow process. Without management, possible risk of spreading. ATES with transport to a zone with natural degradation ATES with transport to a zone with stimulated degradation ATES with a reactive zone around the infiltration screens ATES with a reactive zone at a large distance from the well screens High High High High Low, natural degradation is often a slow process. Moderate, with abstraction there is almost always a residual contamination left behind. High (only chlorinated solvents) High (only chlorinated solvents) ATES and aerobic zone High High (only for BTEX, cis-dichloroethene (cis-dce) and vinyl chloride (VC), not for tetrachloroethene (PCE) or for trichloroethene (TCE) ATES and above-ground purification and reinfiltration ATES and above-ground purification and discharge of a fraction of the pumped water ATES and discharge (of a fraction of the pumped water) to sewer Ref: Meer met Bodemenergie, 2012 High High High Moderate, with abstraction there is almost always a residual contamination left behind. Moderate, with abstraction there is almost always a residual contamination left behind Moderate, with abstraction there is almost always a residual contamination left behind

9 HVILKE KOMBINATIONSMULIGHEDER? Fra en myndigheds synspunkt 1: Ingen tilladelse til at kombinere 2: ATES med en moniteringsplan 3: ATES med afværge og en back-up plan 4: Passiv fokuseret tilgang (Strijp-S, Eindhoven) 5: Aktiv fokuseret tilgang (Apeldoorn, Philips Turnhout) 6: Areal baseret tilgang (Utrecht, Den Bosch, Tilburg)

10 OVERSIGT OVER LOKALITETER MED KOMBINATION AF GEOENERGI OG AFVÆRGE Name Country System Focus Sanergy Strijp S The Netherlands Mono-directional Circle placement Injection wells surrounded by abstraction wells 23 wells in total ATES energy Containment of contamination, remediation in the long term Passive focused approach Biowasmac hine Utrecht Kanaalzone Apeldoorn Philips Turnhout Hoenderpar kweg Apeldoorn The Netherlands The Netherlands Belgium The Netherlands Bi-directional 15 different ATES-systems in the defined system area, with in total 91 wells Area-based approach Mono-directional Area-based approach Mono-directional Pilot test, limited in time 8 infiltration wells, 4 pumping wells Area-based approach Pump- and-treat system with connected heat pumps on 36 individual homes ATES energy Keeping contaminants within defined system area, remediation in the long term Passive focused approach ATES energy Containment and remediation Passive approach not sufficient due to limited degradation and high background groundwater flow. Plans for active focused approach, e.g. nutrient additions, bacteria addition, purification Remediation ATES energy Addition of nutrients Active focused approach Investigation of effect of recirculation and biostimulation. No temperature stimulation. Utilization of energy from traditional pump-and-treat system. Spoorzone Woerden The Netherlands Bi-directional Doublets with extraction and purification of a fraction of the pumped water ATES energy Containment of contamination Flexibility of solution as redevelopment progresses Ref: Litterature review. Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) and Enhanced Reductive Dechlorination (ERD). Rambøll and Capital Region. (2016)

11 PHILIPS TURNHOUT, BELGIUM (AKTIV FOKUSERET TILGANG) Pilotforsøg Mono-directional setup Boringer til 32 m u.t. Tilsat donor (TOC) DNAPL tilstede i kildeområdet Max flow 8 m 3 /t Efter 1 år stor nedbrydning af forureningen Temperatureffekten ikke udnyttet Ref: van Geert et al., 2014

12 AREA BASERET TILGANG (MULIGHED 6) ATES systemer tilladt indenfor cirklen, hvor der er forurenet Finansiel support til general monitoring plan Ref: Slenders, 2013 Samarbejde grundvandsafdeling og energiafdeling Ref: Meer met Bodemenergie, 2012

13 FAKTORER DER PÅVIRKER ATES OG SRD Geologi og hydrogeologi: ATES kan installeres i både konsoliderede og løse aflejringer Kræver en tilstrækkelig transmissivitet og porøsitet men ikke for høj GV-hastighed (ca. 50 m/år for at kunne holde på varme/kulde) Kræver et magasin med en mægtighed på min 5 m og placeret min 5 m u.t. (gerne m u.t.) Helst spændt magasin (for at undgå ilt klogning) Temperatur: Kan påvirke både nedbrydningshastighed, sorption/desorption, udfældning, opløsning osv. Temperaturer i ATES: Kuldelager, typisk: 5 12 o C (Bek.: Min. 2 o C gnsn. pr. md.) Varmelager, typisk: o C (Bek.: Max afløb 25 o C, max. 20 o C gnsn. pr. md.)

14 NEDBRYDNINGSHASTIGHED Nedbrydning af klorerede ethener foregår ved C Tommelfingerregel: en øgning af temp på 10 C fordobler nedbrydningsraten Selv i balancerede ATES-systemer med lige lang opholdstid i den kolde og varme boring vil der opnås en netto forøgelse af raten (pga. Arrhenius ligning) Nedbrydningen af c-dce er 15 gange bedre med ATES sammenlignet med naturlige forhold Ref: Hartog, 2011

15 OPBLANDINGSEFFEKTEN Opblandingseffekten, som skabes af ATES-systemet i oprensningsområdet ser ud til at give adskillige fordele for SRD i området, f.eks. fordeling af opløst organisk stof og hjælpestoffer, og dermed stimulering af biologisk nedbrydning Samtidig er opblandingen dog en af de større usikkerheder i forhold til anvendelsen af det kombinerede system, grundet risikoen for spredning af forureningsstoffer Kan også give udfordringer med grundvandskemien blanding af forskellige vandtyper ofte anvendes lange filtre til ATES Kan medføre dannelse af gas, biomasse og udfældninger, som kan give problemer med klogning Udfordring med tilladelse til at recirkulere forurenet grundvand Ref: Meer met Bodemenergie, 2012

16 ØKONOMISKE BETRAGTNINGER Interessant hvis det kan give bedre og hurtigere afværger Stor økonomisk fordel, at der genereres energi I Europa kan der generelt regnes med en tilbagebetalingstid på 5 år på ATES kortere hvis der produceres både varme og kulde Afhænger af muligheden for anvendelse af varme og køling i nærheden og evt. mulighed for tilslutning til fjernvarmen Medvirker til reduktion af CO 2 -emissionen Økonomien i systemet afhænger også af, om det er en afværge, der også producerer energi eller om det er ATES-system som også medvirker til afværge af en forurening

17 - UDFORDRINGER Formål med ATES og SRD (energi afværge) Abstraktionsdybde (dyb terrænnært) Flowhastighed (høj lav) Interesser (ejer/projektudvikler grundejer) Varighed (så lang som muligt så kort som mulig) Økonomi (tilbagebetalingsperiode udgifter) Reducere risiko for grundvand introducere risiko for ATES

18 KRITERIER FOR UDVÆLGELSE AF LOKALITET TIL PILOTTEST Need to have kriterier: Forurening i akviferen og i samme akvifer, som kan anvendes til ATES Mulighed for at kunne komme til på lokaliteten (og samarbejdsvillig grundejer) Ikke indenfor 300 m fra aktive indvindingsboringer Nice to have kriterier: Reducerede forhold i akviferen Behov for køling i nærheden Sand foretrukket frem for kalk Ikke for dybt til akviferen Tilstrækkelig tykt magasin Spændt magasin Velbeskrevet lokalitet

19 LOKALITETER I SPIL Criteria Klinthøj Vænge 16 Pilehøj Vænge 8-10 Bregnerø dvej 94 Klinthøj Vænge 1 Hammerb akken 10 Lundtofte vej 150 and 160 Skovlund e Byvej 96 Søborg Hovedgad e 189 Gentofteg ade Skuldelev Primary/Secondary aquifer Primary Primary Primary Primary Primary Primary Secondary Primary Primary Secondary Primary Depth to pollution (m bgl) Geology in aquifer Sand Sand Sand Sand Sand Sand/chalk Sand Sand Sand Sand Chalk/ sand Max. concentration (ug/l) TCE up to 470 TCE up to 6,700 TCE up to 770 TCA 340, TCE 80 TCE up to 2,100 PCE 740, TCE 920 TCE up to 2,100 PCE+TCE ~200 PCE ~500 PCE ~ PCE up to 10,000 Hydraulic conductivity of High High High High High High (?) Low High High? High the aquifer Thickness of the aquifer Very thick m sand than 25 m sand then m sand Very thick (m) chalk chalk Redox condition Oxidized Partly oxidized Partly oxidized Partly oxidized Partly oxidized Anaerobic Partly oxidized Anaerobic, no? Anaerobic Anaerobic nitrate Sign of dechlorination No DCE up to 240 ug/l Yes, DCE in GW No No? No Only in the unsaturated No, less than 1% deg. Yes TCE Yes even VC in primary zone Products Confined aquifer No No No No No Yes No No No No yes Oxic unsaturated zone Yes (ventilation) Yes (ventilation) Yes Yes Yes No Yes Yes Yes?? Site access Pollution is present beneath a building Hotspot was located beneath a building Hotspot was located beneath a building. Now offices Site not in use Production stopped in Hotspot beneath building Many hotspots. In use for offices Still a production site. Hotspot beneath building Test site, with ok access Large area, with roads and buildings, Dry cleaner still in operation Useable monitoring wells Yes Yes Yes Yes Yes, many No? Yes, many Yes, few Yes monitoring Yes many wells Nearest potential cooling demand (m) ???? Existing groundwater model Updated groundwater model including contaminant modelling will soon be ready No No No No? Yes Remedial program conducted Existing remediation installations that can be used for pilot? Possible test site? Yes in 2016 Yes in 2016 Yes in 2016 Yes in 2016 Will soon be ready No No? maybe years ago No but No but No No No No No P&T 1,7 m 3 /h ventilation in ventilation in (no unsaturated unsaturated recirculation) zone zone No, ventilation in unsaturated zone No, ventilation in unsaturated zone No, difficult site owner Maybe Yes No, very deep, only few data No, low hydraulic conductivity Yes? probably? probably? years ago before 2002 P&T 12 m 3 /h P&T 4 m 3 /h (no No but ongoing (no recirculation) ZVI/bio and EKbio recirculation) No, large volumes and area Yes Yes Huge area with 7 hotspots

20 HAMMERBAKKE

21 SKULDELEV

22 OPSAMLING OG STATUS Kombination af ATES og SRD virker som en Win-Win løsning (både få oprenset og generere energi samt nedsætte CO 2 -aftrykket) Litteraturstudiet viser, at Holland er længst fremme på dette område, men der er kun udført få projekter, hvor nedbrydningen af klorerede stoffer er stimuleret Den øgede temperatur i akviferen kan øge nedbrydningshastigheden (kun laboratoriestudier) Den øgede recirkulation kan øge nedbrydningshastigheden ved at sikre bedre kontakt og spredning af f.eks. donor Økonomiske fordele ved kombinationen Mange kriterier for udvælgelse af lokalitet til pilotforsøg Arbejder på at prioritere kriterier hvad er vigtigst? Forventer at starte pilotforsøg op i år

23 TAK FOR OPMÆRKSOMHEDEN!