Automatiseret porevandsprøvetager med online overvågning

Transkript

1 Automatiseret porevandsprøvetager med online overvågning - Data fødes i felten Poul Larsen, Projektleder, Ph.D. DMR A/S Per Loll, Udviklingsleder, Ph.D. DMR A/S Hanne Østergaard, Civilingeniør, Region Nordjylland 9. juni 2016

2 Ny teknologi Data fødes i felten Dataopsamling fra sensorer, respons på data via aktivering af motorer, pumper o.l. er blevet hvermandseje og nemt Lego for voksne Opkobling til nettet er også gjort nemt både via wifi og GSM opkobling. Særdeles omkostningseffektivt. Sjovt og nemt specielt hvis man synes det er bare lidt interessant Internet of things (IOT), Big data analysis osv. osv. osv. meget hot. Vores projekt er et eksempel på anvendelse af lignende byggesten (legoklodser). Metansensor Vindsensor Regnsensor Raspberry Pi Vakuumpumpe Vægtsensor Differenstryksensor 2 Lyssensor Relæ (kontakt)

3 Risikovurdering af primært grundvand - traditionelt Umættet zone Sand 1 års grundvandsstrømning (max 100 m) Primært grundvand I henhold til Miljøprojekt nr. 7 fra 1998 beregnes risiko på trin I-III, uden at medtage nedbrydning under vertikal transport. Betyder at kilden beregningsmæssigt placeres lige over grundvandsspejlet selvom der reelt forekommer et dæklag på eks 20 m ler og nedbrydning under vertikal transport. JAGG 2.0 åbner for muligheden for at estimere tidsperspektiver for vertikalt transport, herunder at regne med nedbrydning under vertikal transport. 3

4 Inddragelse i risikovurderinger? I JAGG 2.0 kan nedbrydning medtages under transport fra en kilde i UZ til førstkommende grundvandsmagasin i modulet vertikal transport. Bolig Ift. indeklima- og udeluftvurderinger behøver vi ikke at tale om nedbrydning; ved måling over kilden er nedbrydning allerede inkluderet i målingen. Problemer ved at overføre denne strategi til grundvandsvurderinger: Vi har kun få erfaringer med koncentrationsmåling i porevand (vand i UZ). Nedsivning er forbundet med en langsom og svært håndgribelig dynamik. Punktreceptor (indeklima) vs. fladereceptor (grundvand). Det er billigt at måle meget ved overfladen, men dyrt at måle meget i dybden. 4

5 Fugacitet vs. porevandsprøvetagning Fugacitetsberegninger. Særdeles konservative. Overestimere risiko for det primære grundvand. Jordkvalitetskriteriet for TVOC på 100 mg/kg TS resulterer i JAGG modellen olie -modul i en porevandskoncentration på µg/l afhængigt af om det er benzin eller tung olie. Vil stort set altid resultere i risiko med mindre der regnes med nedbrydning under vertikal transport (det skal den også risikovurderingsværktøj). OBS OBS 5

6 Porevand? Jorden i den umættede zone indeholder en hvis mængde vand. Mængden afhænger af jordtype og hvor tør jorden er. Typisk L vand pr. m 3 jord. Vertikal transport af opløst forurening forekommer i porevandet. Vakuum i sugecellen skal typisk overstige ca. 200 mbar, for at trække vand ud af jorden og maks til ca. 600 mbar. Porestørrelse afgør hvor højt et vakuum, der er tilstrækkeligt. Vakuum [mbar] Eks. sand Eks. silt/ler θ wc θfc Vandindhold [cm 3 /cm 3 ] 6 Jord med forskellige porestørrelser

7 Status på prøvetagerteknologi Potentiale i anvendelse af sugeceller dokumenteret i miljøprojekt nr. 1224, 2008 udfordringer med stripning af flygtige komponenter. Anvendelse af sorbiceller reducerer denne risiko. Strategi testet i to OPI projekter sammen med Ejlskov og Aalborg Universitet. Tilbageværende udfordringer: Automatisering af vakuumstyring for at nedbringe omkostninger. Styring af flow så der ikke suges mere end 0,5 L/døgn. Online overvågning nødvendig for at nedbringe omkostninger. Bedre mulighed for at kommunikere med kunde om tidsramme via online overvågning. Nødvendig renpumpning bl.a. pga. opslemning af kvartsmel. Revidering af installation så det kan udføres af alle brøndborer. Adsorption i sugecelle. Punkt vs. fladereceptor hvor mange prøver skal der udtages? SorbiCell VOC Wire Bentonit Filtersand Kvartsmel Sugecelle Vakuumpumpe Vakuumkammer Strategi fra OPI projekter 7

8 Idé til ny prøvetagerteknologi Features: Styres via Arduino. Onlineforbindelse via GSM-kort. Opsamlet vandmængde og flow ved at montere vægt på vakuumkammer. Niveauswitch og magnetventil, så der ikke trækkes vand til pumpen. Vakuum vedligeholdes via vakuummonitering og regulering via vakuumpumpe. Dynamisk vakuum setpunkt. Lavt strømforbrug så det kan køre i >2 mdr. på et bilbatteri. Styring og dataopsamling og online overvågning Pumpe og ventil Vægt SorbiCell VOC Bentonit Filtersand Installationsbrønd Batteri Tryktransducer Niveauføler Installationsrør Vakuumkammer Installation med 6 og 4 tommer snegleboring. Kvartsmel Sugecelle 8

9 Prototype 1 og 2 Prototype 1 Prototype 2 Features: - Styring af vakuum Mangler: - Resten, dette var mest et bevis på at det kunne lade sig gøre. 9 Features: - Styring af vakuum. - Veje opsamlet vandvolumen. - Niveauswitch. - LCD. Mangler: - For højt strømforbrug. - Ikke styring af flow - Konstruktion med fumleprint - Ingen online overvågning (learning by doing) - Dataopsamling

10 Prototype 5 (nuværende) Samlet Adskilt 10 Features: - Styring af vakuum. - Veje opsamlet vandvolumen. - Niveauswitch. - Online overvågning inkl. via mobil. - Dataopsamling på SD-kort. - Strømforbrug <15 ma svarende til 4-5 mdr på etbilbatteri. - Rigtigt printboard dvs. mindre risiko for fejl

11 Udstyrspakken SRO-/pumpeenhed Vakuumkammer (terrænnær installation) Sorbicelle Sugecelle SRO-/pumpeenhed Installations brønd Batteri Boring til sugecelleinstallation Sugecelle Vakuumkammer (dyb installation i boring) 11

12 Installation af sugeceller terrænnært (<3 m u.t.) 1. Håndboring med diameter på ca. 7 cm. 2. Pakning af installationsrør. 3. Installation og tildækning. SorbiCell VOC Batteri Styring og dataopsamling og online overvågning Installationskasse Niveauswitch Vakuumkammer Vægt Bentonit Filtersand Kvartsmel Sugecelle Installationsrør 12

13 Installation af sugeceller terrænnært (<3 m u.t.) 1. Udførelse af 6 foret boring til ca. 1 m over dybden for installation af sugecelle 2. Udførelse af 4 boring i bunden af den forede boring til dybden for installation af sugecelle 3. Installation med installationsrør og installationsbrønd Styring og dataopsamling og online overvågning Pumpe og ventil Installationsbrønd Batteri Tryktransducer Vægt Niveauføler Installationsrør Vakuumkammer SorbiCell VOC Bentonit Filtersand Kvartsmel Sugecelle 13

14 Resultater fra første test Stålsugecelle installeret i fint sand. Dybde 1,5 m u.t. Ikke en konkredt sag (villahave). Dybde til GVS >2,0 m u.t. Vakuum ved sugecelle holdt fast på 350 mbar. Ca. 1,8 L på 12 timer Alt for hurtigt! 14

15 Resultater fra indledende tests Vægt brugt som flowmåler. Dybde 1,5 m u.t. Ikke en konkredt sag (villahave). Dybde til GVS >2,0 m u.t. Dynamisk vakuum som styres ud fra et flowmål på ml/døgn. Automatisk indstilling af vakuum fungerer efter hensigten. Vakuum indstiller sig omkring markkapacitet (ca. 200 mbar) Ca ml opsamlet på 8 døgn = 225 ml/døgn. 15

16 Online overvågning Data uploades til google Sheets. Går via Temboo.com (46 kr/mdr.). Temboo skaber et særdeles brugervenligt link mellem et Arduino GSM-shield og Google Sheets. Kode til dataoverførsel laves automatisk af Temboo, så det skal bare uploades til Arduino styrekortet sammen med resten af SRO koden. Data kan overvåges både via PC og smartphone. Feltarbejdere kan med det samme se om udstyret fungere efter hensigten efter installation. Google Sheets ikke så modent som Excel og vi kigger efter andre løsninger. 16

17 Testcase 1 Risiko drikkevandsboringer med PCE Opstartes i næste uge. Risiko for drikkevandsboringer. Forurening terrænnært <1,5 m u.t. Potentiale for primært grundvand ca. 40 m u.t. Risikovurdering baseret på: Middelkoncentrationer. Fluxestimater. Konservativ simplificering af geologi. Dvs. der ses bort fra 2-5 lerdæklag. Der ses bort fra betondække ved terræn. Det antages at drikkevandsboringer er placeret under forurening (reelt 1,5 km fra forurening). Der regnes med opblanding i årlig indvinding. 17

18 Testcase 1 placering af sugeceller En middelkoncentration i hele det forurenede område på maks 3 mg PCE/kg TS vil ikke resultere i overskridelse af grundvandskvalitetskriteriet. Sugecelle 1 placeres ved B25 (0,5 m u.t.) svarende til makskoncentrationen i jorden på 620 mg/kg TS. Sugecelle 2 placeres i et område (mellem S2, S12 og B23) med en koncentration svarende til ca. 3 mg/kg TS (1 m u.t.) for at teste hypotesen om maksgrænsen. Sugecelle 3 placeres ved B30 ca. 7,0 m u.t. Kombination af relativ stor dybde og høj koncentration. 18

19 Testcase 2 - Lokalitet med pesticidpunktkilde Test planlagt til efteråret = ikke så langt med planer endnu. Forurening med pesticider på maskinstation ved vaskeplads og sivebrønd. Drænledning mellem vaskeplads og sivebrønd. Sum af pesticider i terrænnært GV er en faktor 2600 over G.K.K. Dichlorprop og bentazon udgør størstedelen af indholdet og overskrider kriteriet for enkeltstoffer med henholdsvis en faktor og 370. Potentiale i porevandsprøver til kildeopsporing pga. høj opløselighed af de fleste stoffer = jordprøver ikke optimalt. 19

20 Teknologi til skræddersyet hypotesetest Grundideen med arduinoplatformen er at det skal være nemt at samle legoklodserne i uendelig mange kombinationer. Man kan lave en ny dims til hvert projekt det bliver nemmere (og billigere) hver gang for meget kan genbruges. Hypotesttest for Region Hovedstaden: Frifase på grundvandet som svinger mellem 0,5 og 3 m u.t. under villa. Projekt om pumpestyring til udtagning af poreluftprøver ved forskellig grundvandsstand for at bevise hypotese og sikre, at de maksimale koncentrationer er målt til risikovurdering. Enheden sender data om grundvandsstand til Google Sheets, starter poreluftpumpen når den ønskede grundvandsstand er nået og sender en SMS når prøver er udtaget så den kan hentes og sendes til analyse. Alternativt skulle vi være heldige at ramme dagen med den højeste og laveste grundvandsstand. Masser af muligheder det er bare et spørgsmål om hvilken sensor der skal bruges til at måle og hvilken prøvetype der skal udtages. 20 Arduinoenhed måler: - Atmosfæretryk. - Differenstryk. - Flow. - GVS niveau. Poreluftspyd Fri fase (fyringsolie) Tryksensor (niveau) GVS

21 Lidt om priser for skrædersyede løsninger Vil være helt afhængig af om der kan genbruges noget fra tidligere opstillinger. Styrekort og standard Arduinokort er meget billige. Omkostninger ligger ofte i specielle sensorer, i specialfremstillede dele og i honorar for fremstilling og test. Skal vi lave en ny porevandsprøvertager (uden sugecelle og sorbicelle) vil det overslagsmæssigt koste kr, men billigere, hvis der skal laves flere enheder. Det bliver billigere og billigere desto mere erfaring man får, herunder overblik over hvilke dele der findes og hvor de kan købes. Priser på specialfremstillede enheder vil variere meget, men meget styring mm. vil kunne genbruges fra andre enheder. Enheder vil kunne genbruges. Priseksempel: 21

22 Tak for opmærksomheden 22