ELEKTROKINETISK STIMULERET BIOLOGISK NEDBRYDNING AF FRI FASE PCE

Transkript

1 PILOTFORSØG MED ELEKTROKINETISK STIMULERET BIOLOGISK NEDBRYDNING AF FRI FASE PCE 2012 Charlotte Riis, NIRAS ATV møde, 28. november

2 TEAM EK BIO NIRAS A/S Charlotte Riis Martin Bymose Geosyntec Consultants, US Evan Cox James Wang David Gent (US Army Engineer R&D Center) Region Hovedstaden Mads Terkelsen 2

3 UDFORDRINGEN VED LAVPERMEABEL JORD PCE og TCE transporteres/diffunderer ind i lav K materialer Ler/silt kan virke som en langvarig kilde efter at tilgængelig forurening er oprenset Biologisk oprensning og kemisk oxidation er effektive teknologier, men fordeling af injektat er ringe i Lav K og heterogene materialer Der er behov for bedre metoder til fordeling af injektat for lav K lokaliteter 3

4 LØSNING: ELEKTROKINETISK TRANSPORT Påtrykning af elektrisk felt (jævnstrøm) til den mættede zone Primære EK BIO transport mekanismer i ler og silt: Electro migration (EM) ionvandring substrat transport Electro osmosis (EO) bevægelse af porevand bakterietransport Charlotte Riis, NIRAS EK BIO PILOTFORSØG ATV AFVÆRGETEKNOLOGIER, 28. NOVEMBER

5 HVORFOR VIRKER ELEKTROKINETIK? Hvorfor vil EK virke i lav K aflejringer, hvor konventionelle injektionsteknikker typisk fejler? Ved lav Kh, bliver EK den mest effektive metode til fordeling 5

6 LOKALITETEN METALVAREFABRIK PCE anvendt til affedtning Skuldelev Pilotforsøg: Hot Spot IV 7 PCE DNAPL hot spots 300 m lang fane i sandmagasin 2-6 mut PCE DNAPL µg CVOC/L µg CVOC/L µg CVOC/L 50 m 6

7 LOKALITETEN Tæt moræneler med sandlinser (høj heterogenitet) PCE DNAPL påvist i kerner (både i ler og sand) Lab test viste, at bioaugmentation var nødvendig for fuldstændig nedbrydning til ethen og at fri fase PCE kunne nedbrydes fuldstændigt Felt injektionstest begrænset udbredelse i leret og kortslutning ind i sandlinser ERD baseret på konventionelle injektionsmetoder blev vurderet for usikkert pga. fordeling Igangsat EK lab og feltforsøg 7

8 EK BIO LABORATORIEFORSØG test reaktorer og 1 kontrol (uden strøm) Varighed 60 dage X. Mao, J.Wang, A. Ciblak, E.E. Cox, C. Riis, M. Terkelsen, D.B. Gent, A. N. Alshawabkeh (2012), Electrokinetic enhanced bioaugmentation for remediation of chlorinated solvents contaminated clay, Journal of Hazardous Materials, Volumes ,

9 EK BIO LABORATORIEFORSØG 2010 Elektrisk strømdensitet 5 A/m 2 laktat transport rate 3.2 cm/dag Dehalococcoides antal øget i EK reaktorerne (formentlig pga. elektroosmose) Vinyl chloride reductase (vcra) niveau øget over tid Fuldstændig dechlorering af PCE til ethen Lactate (mg/l) Anode vcra (gene copies / L) Sampling Port Cathode 9

10 EK BIO PILOTFORSØG FORMÅL 1. Evaluere og demonstrere anvendelighed af EK BIO 2. Evaluere transport rate for laktat 3. Evaluere levedygtighed og transport af Dhc i tæt ler 4. Evaluere nedbrydning af PCE inden for pilotforsøgets tidshorisont 5. Indsamle lokalitets specifikke feltdata og driftsdata til fuld skala EK BIO design 10

11 TESTFELT PILOTFORSØG Pilotforsøg testfelt: Dybde 3 8 m.u.t. Fri fase PCE Tæt moræneler m/ høj K sandlinser 11

12 BORINGSKONFIGURATION PILOTFORSØG 1.5 m 3 cm/dag x 60 dage = 1.5 m Test felt ~3x3 m Boringskonfiguration: 3 katode boringer 3 anode boringer 3 injektionsboringer 4 moniteringsboringer 12

13 PROFILSNIT TESTFELT Vandspejl Recirkulation mellem elektrodeboringer for ph kontrol Moræneler Sandlinser Substrat følger elektrisk felt Giver jævn substratfordeling Katode Injektion Anode 13

14 TIDSFORLØB PILOTFORSØG + Monitering efter EK drift: Grundvand 3 & 6 måneder post test Kerner 7 måneder post test 14

15 RESULTATER DRIFTSPARAMETRE Opnået jævn fordeling af strøm til alle elektroder 6A til øvre og 8A til nedre Recirkulation mellem katoder og anoder for ph kontrol i elektrodeboringer Hver 30. min > Hver 2. time Dosering af kemikalier: Laktat i injektions og anodeboringer: ~ 5,900 L (6 g/l) NaOH i anodeboringer: ~ 1,100 L (0,5 mol/l) Mælkesyre I katodeboringer: ~ 250 L (0,05 mol/l) KB 1~ 21 liter (I alt i elektrode og injektionsboringer) Charlotte Riis, NIRAS EK BIO PILOTFORSØG ATV AFVÆRGETEKNOLOGIER, 28. NOVEMBER

16 MONITERINGSPROGRAM Sikre jævn strømfordeling og jævn substratfordeling Elektrisk System: Strøm fra strømforsyning og til individuelle elektroder Elektrisk potentiale Dokumentere substrat/bakteriefordeling og nedbrydning Grundvand Feltmålinger (ilt, redoxpotentiale, ledningsevne, Temp) Chlorerede ethener, Ethen, Methan, Nitrat, Sulfat, Chlorid, VFA Dehalococcoides, VcrA Kerner Baseline, Efter pilotforsøg, 7 måneder efter pilotforsøg Chlorerede ethener, TOC, VcrA, kationer, anioner 16

17 RESULTATER GEOKEMI EK Operation EK Operation EK Operation Monitering viste: Neutral ph Negativ redoxpotentiale Let temperaturstigning (~5 o C), som kan gavne biologisk aktivitet Charlotte Riis, NIRAS EK BIO PILOTFORSØG ATV AFVÆRGETEKNOLOGIER, 28. NOVEMBER

18 RESULTATER SUBSTRAT TRANSPORT EK Operation Charlotte Riis, NIRAS Laktat transport rate ~ cm/dag (~ som 3.2 cm/dag fundet i lab test) Substrat mangel 3 måneder efter EK drift EK BIO PILOTFORSØG ATV AFVÆRGETEKNOLOGIER, 28. NOVEMBER

19 RESULTATER REDUKTIV DECHLORERING GRUNDVAND Charlotte Riis, NIRAS EK BIO PILOTFORSØG ATV AFVÆRGETEKNOLOGIER, 28. NOVEMBER

20 RESULTATER REDUKTIV DECHLORERING GRUNDVAND Stigning i vcra i alle boringer, også post test Stigning i ethen 3 md og 6 md efter pilot test max 3,700 µg/l Bekræfter igangværende fuldstændig reduktiv dechlorering vha. Dehalococcoides Stigning i PCE og Chlorid (~190 mg/l PCE nedbrudt) DNAPL opløsning og desorption Charlotte Riis, NIRAS EK BIO PILOTFORSØG ATV AFVÆRGETEKNOLOGIER, 28. NOVEMBER

21 RESULTATER REDUKTIV DECHLORERING KERNER Post test kerner er udtaget 63 dage efter bioaugmentation Høje koncentrationer af vcra i prøver fra moræneler > Dhc transport ind i leret pga. EK processer Charlotte Riis, NIRAS Detektionsgrænse EK BIO PILOTFORSØG ATV AFVÆRGETEKNOLOGIER, 28. NOVEMBER

22 RESULTATER REDUKTIV DECHLORERING KERNER Reduktiv dechlorering fortsætter i kerner post test Få prøver upåvirket af nedbrydning Reduktion i total CVOC koncentrationer i de fleste prøver Charlotte Riis, NIRAS EK BIO PILOTFORSØG ATV AFVÆRGETEKNOLOGIER, 28. NOVEMBER

23 KONKLUSIONER FRA EK BIO PILOTFORSØG EK transport af laktat gennem moræneler ~ 2.5 til 5 cm/dag Tydelig stigning i Dehalococcoides og vcra i grundvand og moræneler PCE dechlorering til vinylchlorid og ethen PCE desorption og opløsning af fri fase skulle forkorte oprensning Total energiforbrug ved pilotforsøg ~ 1950 KWh (29 kwh/m 3 ) EK BIO er en effektiv metode til at opnå god fordeling af substrat og bakterier for at stimulere PCE nedbrydning Fuld skala oprensning med EK BIO starter i december

24 TAK FOR OPMÆRKSOMHEDEN! SPØRGSMÅL? 24

25 RELATEREDE REFERENCER 25