ATV Vintermøde 2018 Effektiv afskæring af grundvandsfane med mikronulvalent jern (mzvi) Torben Højbjerg Jørgensen, Lars Nissen og Bjarke Hoffmark, COWI Andrzej Przepiora og Neal D. Durant, Geosyntec Ole Mikkelsen, Region Syddanmark 1
Case - Rugårdsvej i Odense Kilde med TCE i moræneler (nu DCE og VC) Naturlig nedbrydning af kilde (reduktion på ca. 80 % over 15 år) Spredes til det primære magasin og udgør en risiko mod ressource og indvinding Kildeoprensning er ikke cost effektivt - diffus kilde over stort område Region Syddanmark har valgt afværge med mzvi som en afskæringsløsning forventet mest cost-effektive løsning 2 450 m Særlige udfordringer: Vinylklorid og cdce
Nedbrydningsveje med ZVI Abiotisk reduktion 1. Ordens proces - halveringstid afhænger af jernspåners overfladeareal (typisk 0,5-8 timer) b-elimination er den dominerende nedbrydningsvej (>90%), generering af nedbrydningsprodukter er derfor lille 3
Kommercielle ZVI typer til afværge Scale Size Range SSA (m 2 /g) Cost (US$/kg) * Vendors Connelly, Peerless, RioTinto, Millimeter 0.1mm - 2mm 1-2 $0.9 - $1.3 GMA, Gotthard Maier 20 m - 200 m $1.3 - $2.2 Hepure, RioTinto, Hoganas Micrometer 3-5 1 m - 20 m $11 - $22 ISP, BASF OnMaterials, Nano Iron Nanometer 20nm - 200nm 1-58 $44 - $165 s.r.o., Crane Company SSA specific surface area; *Unit costs obtained in 2015 Millimeter Micrometer Colloidal Geosyntec, 2016
Design betragtninger af PRB Tykkelse af PRB (W) Afhænger af: krav til opholdstid (RT) grundvandshastighed (V PRB ) Source Area GW Plume Treated GW W = (V PRB ) x (RT) ZVI PRB Skal være robust overfor: Faldende reaktivitet over tid Faldende permeabilitet over tid Kræver en vis overdimensionering
Princip af afværge med afskæring Afskæring af forurening Horisontal barriere Vertikal barriere Dybdeniveau ca. 12-14 m u.t. mikro ZVI som kan "injiceres" med Direct Push teknik 6
Laboratorieforsøg 2015/16 (SIREM, Canada) Resultater af laboratorieforsøg Ferox-Flow er den mest egnede jerntype til nedbrydning af DCE og VC Design "Half lifes": cdce = 20 timer og VC = 25 timer (konservativt) 4 jerntyper undersøgt: Ferox-Flow (Hepure, USA) FeH4 (Högnäs, Sweden) Atomet 86 (Rio Tinto, Quebec, Canada) EHC [mzvi-carbon combination], (Peroxychem, USA Anbefalet 1.5% ZVI (%vv) til jorden 7
Pilottest 2016 - resultater Geoprobe Injektion Sonde viste sig egnet Kerneprøver viste god fordeling af ZVI Injektionsradius > 1,5 m (op til 5 m) Injektionstryk på 1-8 bar 8 Kerneprøver
Beregning af "vægtykkelse" VC er den kritiske komponent 11.000 ug/l 90 ug/l Komponent Max. concentration Kriterie, oprensing Halveringstid Opholdstid i barriere Grundvandshastighed Tykkelse af barriere* (ug/l) (µg/l) timer dage m/dag m 9 VC 13.000 90 25 7,5 0,24 1,8 m 7,2 m *: Sikkerhedsfaktor = 4 99 % reduktion
Fuldskala - Etablering Indsatsområde (25 m * 8 m) Influensradius (ROI) = 1,5 m Fane, horisontal afskæring, 30 boringer 5 injektionspunkter i hvert boring med injektion for 0,3 m = samlet 210 injektionspunkter Slurry: 300 g ZVI/l og 6 g guar/l = 12.000 kg ZVI 240 kg Guar Tilsat bakteriekultur KB1-10 Kilde, vertikal afskæring, 12 boringer
Fastlæggelse af injektionsinterval med MiHPT, HPT Udfordring: Heterogen geologi (moræneler med sandindslag eller sandstriber) dybde af indsatsområde varierer I områder med usikker injektionsdybde er der forud for injektion udført MiHPT og/eller HPT til fastlæggelse af injektionsdybde 11
Fastlæggelse af injektionsinterval - MiHPT og HPT sonderinger 11 m u.t. PID FID Forurening Eksempel MiHPT XSD HPT k Permeable aflejringer, ca. 12,6-13,6 m u.t Injektion for hver 0,3 m 12 15 m u.t.
Injektionsudstyr 13
Fuldskala: mzvi og Guar blanding 14 micro ZVI Guar blanding
Fuldskala: Blandeudstyr Slurry: 300 g ZVI/l og 6 g guar/l = ialt tilsat 12.000 kg ZVI 15
Monitering Baseres på vandprøver: Boringstrace: Opstrøms, Sidestrøms Indsatsområde Nedstrøms Frekvens: Baseline, 3, 6, 12, 18, 24 mdr (årligt?) ANALYSEPROGRAM Klorerede opløsningsmidler Opløste kulbrinte-gasser (ethen, ethan, methan) Uorganiske hovedstoffer + redox (Boringskontrol) 16 Feltmålinger
Baseline VOC Resultater 1 års drift 1 års drift Sum TCE, DCE, VC (µg/l) >:10.000 >:1.000 17 >:100 >:10
Baseline VOC Resultater 1 års drift 1 års drift Ethen/ethan op til 10.000 (µg/l) (µg/l) DCE Vinylklorid 18 Ethen+ ethan
Konklusion Vigtig med forudgående laboratorieforsøg og pilottest Vigtigt med en god forurenings- og hydrogeologisk model MiHPT/HPT er et godt redskab til fastsættelse af vertikal indsatsområde Gode resultater af nedbrydning afskæringskriterie er nået Vurdere om det er nødvendigt at tilsætte bakteriekultur for biologisk nedbrydning Usikkerheder: Varighed af mzvi : 5 10 år Evt. tab af reaktivitet og porøsitet med tiden 19
https://www.youtube.com/watch?v=hjno_ozlvz8 20
Tak for opmærksomheden Rolle Firma Person Bygherre Region Syddanmark Ole Mikkelsen Hovedrådgiver COWI A/S Lars Nissen, Bjarke Neiegaard Hoffmark, Torben Højbjerg Jørgensen Underrådgiver Geosyntec Consultants Andrzej Przepiora, Neal D. Durant Laboratorieforsøg Sirem, Canada Entreprenør, pilotforsøg Frisesdahl, Probing Entreprenør, Fuldskala Arkil Miljøteknik A/S Kim Jensen 21
Resultater 1 års drift max VOC koncentrationer 22