Konceptuel forståelse af fordeling af residual og mobil DNAPL. Mette M. Broholm, Ida V. Lange og Poul L. Bjerg

Transkript

1 Konceptuel forståelse af fordeling af residual og mobil DNAPL Mette M. Broholm, Ida V. Lange og Poul L. Bjerg

2 Udviklingsprojekt DTU og Region Hovedstaden Fase 1 Mobil og residual (fri fases) DNAPLs betydning for undersøgelsesmetoder og risikovurdering. Litteraturudredning Jørgensen, I.V., Broholm, M.M., Bjerg, P.L., DNAPL i kildeområder - konceptuelle modeller, karakterisering og estimering af forureningsmasse. Institut for Vand og Miljøteknologi, Danmarks Tekniske Universitet & Region Hovedstaden, Kgs. Lyngby. Bjerg, P.L., Broholm, M.M., Lange, I.V., Troldborg, M., Janniche, G.S., Lemmming, G., Santos, M., Binning, P.J., Forekomst af fri fase og kvantificering af forureningsflux for chlorerede opløsningsmidler. Institut for Vand og Miljøteknologi, Danmarks Tekniske Universitet, og Region Hovedstaden. (Præcentationer ved Gary) Fase 2 Konceptuel model udvikling for vurdering/bestemmelse af fri fase på lokalitet med DNAPL forurening på basis af feltundersøgelser Naverland Præcentationer ved Henriette, Jesper, Gry, Annika og Monique

3 Udviklingsprojekt DTU og Region Hovedstaden Fase 1. Mobil og residual (fri fases) DNAPLs betydning for undersøgelsesmetoder og risikovurdering. Litteraturudredning Formål, opnå overblik over viden om: DNAPL transport, fordeling og opløsning Konceptuelle modeller Kildekarakterisering af fri fase, herunder metoder Identificere, hvordan viden inddrages i undersøgelser og risikovurdering af punktkilder, herunder estimering af masse Følgegruppe: Henriette Kern-Jespersen Carsten Bagge, Mads Terkelsen, Anna Toft, Arne Rokjær, Hanne Kristensen, Mariam Wahid

4 Strategi konceptuel forståelse Overblik over tilgængelig viden om : Transport, fordeling og opløsning af DNAPL Danske aflejringstyper Tidslig udvikling Identificere hvordan denne viden inddrages i: Undersøgelser Konceptuel model Hvor findes DNAPL Diskretiseringsniveau

5 Chlorerede opløsningsmidler PCE, TCE, TCA eksempelvis Væsker Ikke vandblandbare Tungere end vand DNAPL Ofte spildt som DNAPL Spredes som separat væskefase Residual DNAPL Immobile usammenhængende dråber/ ganglia efterlades i porer i jorden Mobil DNAPL Sammenhængende strenge eller søer, som er mobile/kan mobiliseres

6 DNAPL konceptuelle modeller Overordnet konceptuel forståelse af transport og fordeling af NAPL i sandformationer og i sprækkede leraflejringer kort tid efter at et udslip er sket Opdatering: Ny mere diskretiseret viden Viden om tidslig udvikling Danske geologiske forhold

7 DNAPL fordeling i sandforekomster kort efter udslip Diskretiseret viden for sandforekomster Horisontale lag af residual og/eller tynde pools af mobil DNAPL indeholdende hovedparten af massen Vertikale residual DNAPL transportveje (spor) mellem lagene DNAPL lag - på laggrænser mellem mindre sedimentologiske enheder med forskellig tekstur DNAPL lag i de groveste/højpermeable geologiske lag Eksempler: Homogen sandforekomst Overgangszone med ler/siltlinser Lagdelt sandforekomst Stærkt lagdelt sandforekomst med lille variationsbredde

8 Chlorerede opløsningsmidler PCE, TCE, TCA eksempelvis Flygtige Relativ høje vandopløseligheder Relativt høje diffusionskoefficienter DNAPL i umættet zone fordamper Gasboble udvikling i kapillær zone DNAPL i mættet zone opløses Høje konc. i vandfase Langsom, dvs. langvarig opløsning DNAPL i tynde sprækker/slirer diffunderer ind i matrix Fri fase forsvinder over tid Residual DNAPL Tilgængelig Mobil DNAPL Svært tilgængelig

9 Tidslig udvikling i DNAPL fordeling i lagdelt sandmagasin Tidslig udvikling: Lagdelt sandmagasin med vertikalt varierende flow Vertikale spor sandsynligt helt opløst indenfor år Lag af residual eller mobil DNAPL forventes at være reduceret i mætning og tykkelse

10 Tværgående transekter nedstrøms DNAPL kildeområder i sandmagasiner på 3 lokaliteter 3 industrielle lokaliteter: Omtrent homogene akviferer mht. hydraulisk ledningsevne Ekstrem rumlig variation i koncentrationer Flere distinkte lokale maxima 60% af masse fra < 5% af areal 2-4 størrelsesordener på cm vertikalt Diskretisering cm vertikalt få meter horisontalt afgørende for konceptuel forståelse og rimelige estimater af forureningsflux Figur fra Guiltbeault et al., 2005

11 DNAPL pool distribution Fra Mercer et al Industrielle lokaliteter er undersøgt Diskret kerneprøvetagning på cm skala ganges reduktion af DNAPL masseestimat Opløsning I tyk pool resulterede i tynde suspenderede lag af mobil DNAPL

12 DNAPL fordeling i moræneler. Tidslig udvikling Spredning i sprækker og andre makroporer (1) Chlorerede opl. kan trænge ned i meget tynde sprækker Horisontale sandslirer afgørende for nedtrængningsdybde Opløsning og diffusion ind i matrix DNAPL (2) hvor tætte eller tykke sprækker Tæt prøvet. For masseb. Alt DNAPL opløst (3) Langsom tilbage diffusion fortsat meget høje koncentrationer selvom alt DNAPL er opløst Svært at bedømme om DNAPL fortsat tilstede

13 DNAPL i moræneler TCE i stor intakt søjle TCE DNAPL indtrængen i 14 μm sprække ved 84 cm poolhøjde Flow i sprække i m/dag Tjære observeret ved udgravning på lokalitet Vertikal spredning i makroporer til 2 m Betydelig horisontal spredning i horisontale sprækker forbundet af vertikale sprækker 2-3,5 m Vertikal spredning i subvertikale glacialtektoniske sprækker til 9 m Tjære i sprække Foto stillet til rådighed af K. E. klint, GEUS

14 Moræneler. Tilbage-diffusion >1 m ensartede TCE-konc. i ML Oprindelig DNAPL i en sandslire over kerneintervallet eller i subvertikale frakturer 2 mm sandslire, 33% mætning μm vertikale sprækker, afstand 1 m Tidsperspektiv for udvaskning: 5 m vertikal sprække Halvering på 200 år Christiansen et al Chambon et al. 2009

15 DNAPL fordeling i kalkmagasin Tidslig udvikling Spredning i større og mellem sprækker (1) Opløsning og diffusion ind i matrix DNAPL hvor tætte eller tykke sprækker (2) Alt DNAPL opløst (3) Udvaskning i sprækker med højere flow Højeste koncentrationer i mellem sprækker

16 Vurdering God konceptuel forståelse er helt afgørende Planlægning af undersøgelser Vurdering af resultater Masse estimater Afværge Høj diskretisering er nødvendig Kildeområde, DNAPL Vertikalt: 2-5 cm skala Horisontalt: cm skala Transekt i fane/kildeområde, opløst Vertikalt: cm Horisontalt: ½-2 m Moræneler Lokalisering af sandslirer og sprækker afgørende DNAPL i sandslirer og sprækker

17 Udvalgte referencer Jørgensen, I.V., Broholm, M.M., Bjerg, P.L., DNAPL i kildeområder - konceptuelle modeller, karakterisering og estimering af forureningsmasse. Institut for Vand og Miljøteknologi, Danmarks Tekniske Universitet & Region Hovedstaden, Kgs. Lyngby. Bjerg, P.L., Broholm, M.M., Lange, I.V., Troldborg, M., Janniche, G.S., Lemmming, G., Santos, M., Binning, P.J., Forekomst af fri fase og kvantificering af forureningsflux for chlorerede opløsningsmidler. Institut for Vand og Miljøteknologi, Danmarks Tekniske Universitet, og Region Hovedstaden. Pankow, J.F., Cherry, J.A., Dense chlorinated solvents and other DNAPLs in groundwater. Waterloo Press, Portland, Oregon, U.S.A. Parker, B.L., Cherry, J.A., Chapman, S.W., Guiltbeault, M.A., Review and analysis of chlorinated solvent dense non-aqueous phase liquid distributions in five sandy aquifers. Vadose Zone Journal, 2: Hwang, Y.K., Endres, A.L., Piggott, S.D., Parker, B.L., Long-term ground penetrating radar monitoring of a small volume DNAPL release in a natural groundwater flow field. J. Contam. Hydrol., 97, Guiltbeault, M.A., Parker, B.L., Cherry, J.A., Mass and flux distributions from DNAPL zones in sandy aquifers. Ground Water, 43(1): Chapman, S.W., Parker, B.L., Plume persistence due to aquitard back diffusion following dense nonaqueous phase liquid source removal or isolation. Water Resour. Res., 41: Jakobsen, P.R., Klint, K.E.S., Fracture distribution and occurence of DNAPL in a clayey lodgement till. Nordic Hydrology, 30(4/5): Jørgensen, P.R., Broholm, K., Sonnenborg, T.O., Arvin, E., DNAPL transport throug macroporous clayey till columns. Ground Water, 36(4): Reynolds, D.A., Kueper, B.H., Multiphase flow and transport through fractured heterogeneous porous media. J. Contam. Hydrol., 71: