Dynamisk udvikling i fordelingen af opløst PCE i sprækket kalkmagasin ved ændrede pumpningsforhold og udvikling af konceptuel model

Transkript

1 Dynamisk udvikling i fordelingen af opløst PCE i sprækket kalkmagasin ved ændrede pumpningsforhold og udvikling af konceptuel model ATV Vintermøde 7. marts 2017 Annika S. Fjordbøge (asfj@env.dtu.dk) Klaus Mosthaf, Poul L. Bjerg, Theodora Tsitseli, Bentje Brauns, Philip J. Binning & Mette M. Broholm Region H: Henriette Kerrn-Jespersen & Anna Toft

2 Baggrund/formål Forurening med chlorerede opløsningsmidler træffes typisk i de øvre knuste og sprækkede kalklag Niveauspecifik prøvetagning af dynamisk udvikling i koncentrationer Strømningsforhold er komplekse og restforurening er vanskellig at bedømme 3D transportmodel med sprækker under forskellige strømningsforhold Opsporing af restforurening Kendskab hertil er essentielt for opstilling af en lokalitetsspecifik konceptuel model til vurdering af risiko og (re)design af afværge Download fra wiki: Password fra: KLMOS@env.dtu.dk

3 Forureningsudbredelse 2005 (før afværge)?

4 Koncentrationsniveauer i kildeområde (PCE) Koncentrationerne er et resultat af tilbage-diffusion fra matrix i områder med restforurening og efterfølgende transport med grundvandet Afværgepumpning vil tage lang tid PCE koncentrationerne i kildeområdet er dynamiske og varierer kraftigt afhængigt af strømningsforholdene på lokaliteten PCE koncentrationer i µg/l ( ) Min Maks PB (afværge) GEO5 <1 258 GEO18S GEO19S GEO19D <1 29 B B22 <1 44

5 Dynamisk udvikling (knust kalk) Afværge tændt Afværge slukket Pumpetest

6 Dynamisk udvikling (sprækket kalk) Afværge tændt Afværge slukket Pumpetest

7 3D modellering med sprækketransport Bedre forståelse af den dynamiske udvikling i PCE vha. 3D modellering Kalibreret ved pumpe- og sporstofforsøget Scenarier med prøvetagning af PCE i felten og efterfølgende 3D modellering af PCE: Naturlige strømningsforhold (fx periodiske pumpe stop) Afværgepumpning (2,5 m 3 /t i knust) med reinfiltration Pumpeforsøg (20 m 3 /t i sprækket) B5 Knust PB Geo5 B22 Sprækket Geo19 7 sprækker: Apertur 2 mm (K sprækker =2,4 m/s) K knust = 1e-4 m/s (matrix) K sprækket = 1e-7 m/s (matrix) n mat = 0,2 K d,mat = 0,5 L/kg Geo17 Geo18 Infiltration (well + area) D eff = 2,5x10-7 m 2 /s

8 Strømning i sprækker Naturlig (periodiske stop) Afværgepumpning (2,5 m 3 /t) Pumpeforsøg (20 m 3 /t)

9 PCE forureningens ophavszoner Viser den zone hvor PCE i boringen kan have sit ophav Generelt 10 dages simuleringer Grundvandet kan komme fra et større område (D eff, K d ) Knust Sprækket

10 Ophavszoner: Effekt af tid (B5) Længere ophavszoner: Men strækker sig hurtigt udenfor lokaliteten (Akacievej: dage tilstrækkeligt) Forurening tæt på sprækkerne ved kort tid, strækker sig længere ind i matrix ved længere simuleringer 10 dage 30 dage 60 dage Knust Sprækket Knust Sprækket Knust Sprækket

11 Ophavszoner: Pumpeeffekt (GEO19) 0 m 3 /t: Sydvestlig retning med sammenlignelig størrelse/form 2,5 m 3 /t i knust: Påvirker især knust kalk (især mht. retning) 20 m 3 /t i sprækket: Påvirker især sprækket kalk, men også i knust kalk relativt tæt på pumpeboringen 0 m 3 /t (naturligt flow) 2,5 m 3 /t (afværge i PB) 20 m 3 /t (pumpetest i GEO17) Knust Sprækket Knust Sprækket Knust Sprækket

12 Filtersat på tværs af kalklag (GEO5) Filtersætning over både knust og sprækket zone Stor betydning for strømningen, hvis der pumpes i det ene kalklag Vertikale strømninger er en udfordring Stor betydning for hvilken forurening der ses (hvor den kommer fra) 0 m 3 /t (naturligt flow) 2,5 m 3 /t (afværge i PB) 20 m 3 /t (pumpetest i GEO17) Knust Sprækket Knust Sprækket Knust Sprækket Høj forurening Ingen forurening Højere forurening

13 Opsporing af restforurening (eksempel) Før afværge Afværge Afværge Afværge slukket Pumpetest 2016 >100 µg/l µg/l <10 µg/l

14 Restforurening Tilbageværende forurening hovedsageligt i ler og knust kalk (matrix) Relativ høj forurening under den sydlige del af bygningen (>300 µg/l nedstrøms) Noget forurening under den nordlige del af bygningen (<100 µg/l nedstrøms) Tilbageværende forurening i ler der ikke blev afgravet (6-8 m ut.) (<100 µg/l nedstrøms) God overensstemmelse med poreluft

15 Forureningen før afværge (PCE i kilde)

16 Afværge (ca. 2,5 m 3 /t i knust kalk)

17 Naturligt flow (afværge stoppet 5 måneder)

18 Effekt af afværgepumpning 3D transportmodel med sprækker (200x200 m) Sprækkemodel nødvendig for at få effekten af matrix Fanen skubbes af infiltration af rent vand fra afværgeanlægget

19 Forureningsudbredelse

20 Konceptuel model og risikovurdering Restforurening i ler og øvre kalk 18 kg PCE fjernet (P&T) Tilbage-diffusion og efterfølgende transport med grundvandet er dominerende Afværgepumpning langvarig proces Langsom spredning i knust kalk, hurtigere i sprækket Nedbrydningen er meget begrænset Afværge indfanger kun sydlig forurening, forureningsfanen skubbes men udbredelse er under kontrol

21 Spørgsmål?

22 Ekstra slides

23 Akacievej. Karakterisering af kalk Udfordringer Udfordringer Overgangszone fra glaciale aflejringer til kalk - ustabil Varierende hårdhed Tab af blød kalk i kerner Borehuls kollaps Konsekvenser Ringe karakterisering af type af overgangszone og permeabilitet Manglende viden om sprækker Ringere niveauspecifik karakterisering af forurening

24 Betydning for konceptuel forståelse Indledende forklaring (GEO5): Kerneprøver viste lave PCE koncentrationer (<1 µg/l i Kbh.kalk, <DT (ca µg/l) i bryozokalk) Lavere grundvandskoncentrationer med afværge kørende (<1 µg/l) Forbindelse mellem afværgeboring (PB) og infiltrationsboring (B23) PCE plume K knust = 1e-3 m/s K sprækket = 5e-4 m/s Infiltration Pumping K knust = 2e-4 m/s K sprækket = 1e-4 m/s Hydraulic head (m) Flush af GEO5 matrix med rent infiltrationsvand, forurening opstrøms fra under naturlige strømningsforhold

25 Betydning for konceptuel forståelse Ny forklaring (GEO5): Efter 3D model kalibrering: Hydrauliske ledningsevner er af en størrelse hvor der ikke er forbindelse mellem afværgeboring (PB) og infiltrationsboring (B23) En vertikalt opadrettet strømning i GEO5 bringer relativt rent vand fra sprækket kalk op igennem filteret PCE forureningen når afværgen er slukket opstrøms fra eller er de få kerneprøver fra knust zone repræsentative (mistet materiale)?

26 Pumpeforsøg (ca. 20 m 3 /t i sprækket kalk)

27 Naturligt flow (efter pumpeforsøg)

28 Elevation [m] Elevation [m] Redoxforhold og nedbrydning Redoxforhold: Aerob til nitratreducerende, jernreducerende i dybere lag og i fronten af fanen Nedbrydning: Nedbrydning ude i fane i større dybde (god overensstemmelse med redox) VC under detektionsgrænsen PCE dominerer 20,0 15,0 10, ,0 [mg/l] 15,0 10, [mg/l] 20, ,0 1,0 2,0 3,0 0,0 0,5 1,0 20,0 20,0 Knust 5,0 5,0 15,0 15,0 15,0 Sprækket 10,0 5,0 0,0-5,0 PCE [µg/l] GEO5 GEO4 GEO3 GEO2 GEO9 10,0 5,0 0,0-5,0 TCE [µg/l] 10,0 5,0 0,0-5,0 Kbh Sprækket Bryozo cis-dce [µg/l] 0,0-5,0 O2 NO3 Mn Fe SO4 GEO5 (kilde) 0,0-5,0 GEO9 (400 m)

29 Strømningsforhold uden pumpning i området ved Akacievej 2015 Pejlerunde i maj 2015 Fløng vandværk Østlig-nordøstlig strømning Fløng vandværk er ikke påvirket Større vandværker påvirker strømningsbiiledet Akacievej 2

30 Konceptuel model Forurening fra spild/brand i forbindelse med renseriet for 40 år siden Stadig i moræneler og kalkmatrix (over 300 µg/l i grundvand) Hovedparten i moræneler under bygningen (især sydlig), i den nederste ikke afgravede moræneler (6-8 m.u.t.) og i den underliggende knuste kalk Begrænset forurening i den sprækkede kalk (ned til 25 m.u.t.) Tilbage-diffusion fra matricen og efterfølgende transport med grundvandet er den dominerende proces Der forventes ikke at være residual DNAPL Langsom spredning i den knuste zone Ingen hurtig udvaskning Mindre hydraulisk ledningsevne end i den sprækkede kalk (nedstrøms transport især i den sprækkede zone) Nedbrydningen er meget begrænset ikke særlig reducerede forhold Afværgepumpningen indfanger kun forureningen fra den sydlige del af lokaliteten, men forureningsfanens udbredelse er under kontrol

31 Konklusion Der er fjernet en betydelig mængde PCE forurening (18 kg PCE), men stadig betydelige koncentrationer (tilbage-diffusion fra matrix) ved afværge stop Afværgepumpning vil være en langvarig proces Koncentrationerne varierer kraftigt med pumpeforhold (op til 250 µg/l) Udformning af afværge har stor betydning for udviklingen af fanen Hvor meget indfanges Reinfiltration kan skubbe fanen Udvaskning af forurening fra den knuste zone er ikke nødvendigvis hurtig Hvor er den hydraulisk ledningsevne størst Spredning kan ske i dybden Niveauspecifik prøvetagning (lange filtre) bidrage til konceptuel forståelse Vertikal strømning i boringer kan være betydelig, især vigtigt ved boringer der er filtersat over flere kalklag (fx knust og sprækket kalk) Flere kortere filtre giver bedre data (og begrænser spredning) 3D modellering er et godt supplement til niveauspecifik prøvetagning Visualisering (3D), tolkning og udvikling af konceptuel forståelse Ophavszoner til de enkelte boringer kan bruges til at uddrage viden om, i hvilke områder der træffes restforurening