Hvorfor biologisk metode til DNAPL afværge?

Transkript

1 Temadag om fri fase forurening. 5. marts 2012 Succesfuldt pilotforsøg med oprensning af residual fri fase PCE ved hjælp af stimuleret reduktiv deklorering i Kærgård Plantage Civilingeniør Torben Højbjerg Jørgensen (tjr@cowi.dk) og Lars Nissen (COWI), Lars Bennedsen og Mette Christophersen (Rambøll), Neal Durant og Leah MacKinnon (Geosyntec Consultants), Jørgen Fjeldsø Christensen (Region Syddanmark), Preben Bruun (Miljøstyrelsen) OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

2 Hvorfor biologisk metode til DNAPL afværge? Kan være cost effektiv Lille miljøbelastning Stimulering af den naturlig nedbrydning OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

3 Økonomi i forhold til andre metoder OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

4 SABRE projektet Sammenligning af metoder for fuld skala oprensning af DNAPL område In situ biologisk Termisk med damp Kemisk oxidation Afgravning Økonomi * Tid 3-5 år 15 mdr 1½-2 år 6 mdr *: /m OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

5 Stimuleret reduktiv deklorering (SRD) OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

6 Udfordringer ved oprensning af fri fase med SRD Inhibering pga. høje koncentrationer af klorerede ethener Syreproduktion ved nedbrydningen (HCl), hvorved ph værdien kan falde til under det ønskede niveau (ph 6,5-8,1). Det er især nedbrydning af vinylchlorid til ethen, som er meget følsom over for lav ph TID OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

7 Case - Kærgård Plantage REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 7

8 Ca. 280 millioner liter spildevand blev udledt I 6 gruber fra Udledte stofmængder 15,000 tons organiske syrer m 1,500 tons sulfonamider, barbiturater, anilin, pyridin, phenoler, benzene, toluene mm. 340 tons klorerede opløsningsmidler tons uorganiske salte Kviksølv, Cyanid, Lithium mm REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 8

9 UDLEDNING AF SPILDEVAND (OGSÅ DNAPL PCE OG TCE) 8. MARTS 2011 SAMMENFATNING AF UNDERSØGELSER PÅ KÆRGÅRD PLANTAGE 9

10 Konceptuel model Kærgård Plantage Indsatsområde for biologisk oprensning OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

11 Baseline før oprensning der sker naturlig nedbrydning allerede OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

12 Udbredelse af fri fase forurening i grube REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 12

13 Udførte aktiviteter i REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 13

14 Forsøgsområde OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

15 Specielle forhold på Kærgård Plantage Uorganisk kemi og redoxforhold: Lav ph og lav bufferkapacitet (HCO3 < 50 mg/l) Højt indhold af jern og lavt indhold af sulfat Stærkt reducerede forhold med højt indhold af methan og svolbrinte Forurening: Stedvis fri fase Blandingsforurening: inhibering fx med antibiotika, kviksølv Kraftig lugt, gasser Hydrogeologi Høj grundvandshastighed Logistiske forhold Ingen strøm Specifikke nedbrydere Høje indhold af bakterier (>10 6 celler/l 15 REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES

16 Vandprøver DNAPL test REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 16

17 Laboratorieforsøg (SIREM) Formål Undersøge om SRD kan behandle sediment med stort og mindre indhold af fri fase forurening Forsøg 1. Biostimulering (Methanol, Ethanol, and Lactate) Forsøg 2. Bioaugmentation (Methanol, Ethanol, Laktat og KB-1 ) 17

18 Test med opløst forurening - MEL+KB-1 Hurtig nedbrydning til ethen Bioaugmented Day 24 cdce PCE VC Ethene TCE

19 Stimuleret reduktiv deklorering DNAPL kraftig ingen nedbrydning REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES

20 Pilotforsøg - Testområde Den væsentligste forurening i grube 2 er PCE REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 20

21 Princip af SRD Pilot Test REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 21

22 ERD Pilot Test Design - Modellerng M213 Streamline AV1 M212 I214 M211 M205 Design Parametre dage opholdstid 7 PV i 6 mdr 0.5 m 3 /h 10 m width M m length I201 M210 Ethanol/laktat puls tilsætning Buffer ph ~7 (HCO3-, CO3--) Bakterietilsætning 22

23 Monitering Redoxparametre Uorganiske hovedbestanddele Organisk sttof ph, redox, ledningsevne Tracerforsøg PCE, TCE, cdce, VC, ethen, ethan Bakterieanalyser (vcr) Tracerforsøg med brmid Isotopfrakturering

24 Teknisk anlæg OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

25 Høje koncentrationer ved opstart af recirkulation = fri fase forurening REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 25

26 Der skal løbende tilsættes buffer til ph kontrol REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 26

27 Antallet af specifikke nedbrydere stiger 1,E+09 1,E+08 1,E+07 1,E+06 M212-1 (vcra l -1 ) M212-1 (vcra %) OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

28 17-jun 14-jul 12-aug 13-sep 07-okt 15-nov 21-dec 17-feb 23-mar Mole Fraction Resultat af fri fase nedbrydning 1 års drift 4 meter nedstrøms injektions boring I201 1 M205-2 (6-8 m bgs) 100% Ethane 80% 60% 40% 20% 0% Ethene VC trans-dce c-dce TCE PCE REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

29 Overordnede konklusioner SRD var en effektiv metode til nedbrydning af høje koncentrationer (>100 mg/l) af PCE til ethen (ingen inhibering) kg PCE blev nedbrudt under pilottesten Metoden kan sandsynligvis også anvendes i områder med kraftig DNAPL forekomst Der skal tilsættes buffer for at oprethold neutral ph Resultater viser, at metoden kan anvendes i lag 2.2 som en "stand alone metode" Metoden kan desuden kombineres med kemisk oxidation med Modificeret Fentons Reagens Cost effektiv i forhold til andre metoder Fuldskala: Forventet driftstid er ca. 5 år REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 29

30 Tak REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 30

31 Opsamling stimuleret reduktiv deklorering Opløst forurening Med tilsat både donor og bakterier blev 23 mg/l PCE behandlet på 2 måneder Komplet nedbrydning blev også observeret uden tilsætning af bakterier (5 måneder) Det er især T½ for VC som er større uden tilsætning af bakterier DNAPL kraftig Der blev ikke observeret biologisk aktivitet 2,6 g/kg PCE har måske inhiberet nedbrydningen REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES

32 Fuldskalaoprensning Metoden kan anvendes til fuldskalaoprensning REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 32

33 Fuldskalaoprensning REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 33

34 Fordele og ulemper ved SRD som afværgemetode Fordele Lille miljøbelastning Cost effektiv i områder med relativt "lavt" forureningsindhold ingen mobilisering af øvrige stoffer stimulering af allerede naturlige processer yderligere stimulering af den naturlige nedbrydning nedstøms kilden Ingen ændring af redoxforhold eller geokemi Ulemper Kun effektiv mod klorerede opløsningsmidler Kan ikke anvendes i områder med med store mængder af fri fase REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 34

35 OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

36 OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

37 OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

38 Forurening med klorerede opløsningsmidler OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

39 Boringsplacering Blande container Injektions boring OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE Injektions boring REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES

40 Også nedbrydning i lag OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

41 Set-up - recirkulation 25*10 m testcelle Dybde : 6-11 m u.t. 1 injektionsboring 1 ekstraktionsboring M213 M212 AV1 M214 M206 M211 M205 I REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES OPRENSNING AF FRI FASE MED BIOLOGISK METODE

42 ETABLERING AF ÉN AF GRUBERNE 8. MARTS 2011 SAMMENFATNING AF UNDERSØGELSER PÅ KÆRGÅRD PLANTAGE 42

43 Styring og overvvågning REMEDIATION STRATEGY/ PHARMACEUTICAL WASTES 43

44 Baseline koncentrationer Forsøg Dybde (m u.t.) Konc. PCE (mg/l) Fri fase Lav DNAPL (opløst) 9,5-10,3 24? DNAPL kraftig 3,8-4,8 125 Ja