Afprøvning af GeoProbe injektionsmetoder i moræneaflejringer ATV Vintermøde om Jord- og grundvandsforurening 8.-10. Marts 2010 Fagchef, Civilingeniør Anders G. Christensen, NIRAS
Klient: Mads Terkelsen, Region Hovedstaden NIRAS: Nanna Muchitsch Maria Heisterberg Hansen Charlotte E. Riis Thomas Layborn Peter Thomsen Ekstern konsulent: Joe Rossabi, Redox Tech, NC
Oversigt Formål Beskrivelse af lokaliteten Metode Forsøgsplan Udstyr Resultater Konklusion
Formål Fastlægge den mest optimale injektions strategi til fordeling af forskellige typer af reagenser til in-situ oprensning Skabe tilstrækkelig kontakt mellem forurening og reagenser i moræneaflejringer Kontrolere både den vertikale og horisontale fordeling (radius of influence)
Skuldelev - Status for områder med DNAPL??? Hotspot 2 S-ISCO Hotspot 3 Soil mixing/zvi Hotspot 5 B??? Hotspot 4 B ISTD Hotspot 1
Geologi og vertikal forureningsudbredelse B B
Kerneprøve K401, 4-5 mut Sand Jordprøver mg/kg TS PCE TCE Moræneler 76 1,4 6,6 0,03 Sand 21.000 79,0 Moræneler 250 0,78 270 0,42 450 2,70
Metode til måling af formationens ledningsevne in-situ Formationens tilsyneladende elektriske ledningsevne er relateret til både det geologiske materiales og porevandets elektriske ledningsevne Dybde (mut) Ledningsevne (ms/m) 0 100 200 300 400 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Den elektriske ledningsevne af jorden kan måles direkte med en ledningsevne sonde der presses ned igennem jorden ( Direct Push ) Ledningsevne sonden består af en dipol konfiguration med sampling af ca. 1 pkt. pr. cm og en vertikal opløsning på ca. 5 cm pga. elektrodekonfigurationen Formationens naturlige elektriske ledningsevne i området er ca. 50-100 ms/m 5,0 5,5 6,0 T421 Ledningsevne sonde målinger er relativt hurtige at udføre og resultatet kan vurderes løbende I felten
Typiske elektriske ledningsevneværdier (jord/vand) Baggrundsniveauer: Ferskvand ~ 50 ms/m Brakvand ~ 100 ms/m Havvand ~ 3000 ms/m Vandmættet jord < 100 ms/m Umættet jord (fx. Tørt sand) <5-10 ms/m Opløsning af ion-tracere Natriumklorid (NaCl) 5 g/l (~ 0,5%) = 500 ms/m Kan inhibere biologiske processer Kaliumhydrogenfosfat (K 2 HPO 4 ) 50 g/l (~ 5%) = 1500 ms/m 100 g/l (~10%) = 2900 ms/m kan stimulere biologiske processer Ved tilsætning af ion tracere i forskellige dybdenintervaller kan den opnåede fordeling af den injicerede væske vurderes udfra måling af variationenen i den vertikale elektriske ledningsevne
Udstyr og forsøgsplan Injektion af opløsninger med NaCl (5%) og K2HPO4 (2-10%) Injektion mellem 25 og 500 l pr. injektionspunkt Injektion i dybdeintervaller mellem 1 og 7 m u.t. Injektion i 11 forskellige punkter Kortlæging af den opnåede spredning ved brug af GeoProbe ledningsevne sonde i en afstand på mellem 0,2 m og 2 m fra injektionspunktet Ialt ca. 500 m ledningsevne sonderinger fordelt på ca. 60 punkter fordelt omkring injektionspunkterne Pumpen anvendt kan levere højt tryk > 40 bar (~600 psi) Traditionel GeoProbe DT54 anvendt til injektion og ledningsevne sonderinger Vurdering af Top-down vs. Bottom-up injektion Test af GeoProbe pressure injektion tool med fjeder aktiveret åbning ved 5-6 bar Test af specielt 360-graders injektions sonde fra USA som eksponeres ved at hæve rørene en anelse Betydningen af forskellige injektionstryk (lavt vs. højt)
Ledningsevne sondering med GeoProbe system
Placering af ledningsevne sonderinger tæt omkring injektionspunkterne Pumpesystem
Placering af 11 injektionspunkter (I40-I502) og ledningsevne sonderinger omkring I401 og I402 W S N I403 E I404 I501 I409 I502 I405 I406 I407 I408
0 Skuldelev Site Electrical Conductivity Inject I401 4-7m 150l/depth (2250 l) Electrical Conductivity (ms/m) 0 100 200 300 400 1 2 3 D e p t h ( m ) 4 5 6 7 T411 (NE 1.3 m) T412 (N 1.0 m) T413 (W 1.0 m) T414 (SE 1.0 m) T415 (E 1.0 m) T416 (S 0.5 m) 8 9 10 Top-Down injektion pr. 20 cm, GeoProbe Inj, tool, KB104 løb over. Preferentiel spredning i bund af sandlag 3-3,5 m.
Skuldelev Site Electrical Conductivity Inject I402 1-4m 150l/depth (2250 l) Electrical Conductivity (ms/m) 0 100 200 300 400 0 1 2 3 4 D e p t h ( m ) 5 6 7 8 T421 (NW 1.0 m) T422 (W 1.0 m) T423 (NE 1.0 m) T424 (S 1.0 m) T 425 (SW 1.0 m) T 426 (SE 1.0 m) 9 10 Top-Down Injektion pr. 20 cm, GeoProbe Inj, tool, lidt vand op langs rør
D e p t h ( m ) Skuldelev Site Electrical Conductivity I403 7-4m 350l/depth (2450 l) - Geoprobe bottom up Electrical Conductivity (ms/m) 0 100 200 300 400 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T431 (N 0.5 m) T432 (S 0.5 m) T433 (E 0.6 m) T434 (E 1.4 m) T435 (E 0.5 m) EC Cutoff Dybde 4-6 m, Bottom-up Injektion. 50 l pr. 50 cm, GeoProbe Inj, tool og lavt tryk. Tydelige preferentiel spredning i bund og top.
0 1 Skuldelev Site Electrical Conductivity I404 6-5m 25l/depth (125 l) - Geoprobe bottom up Electrical Conductivity (ms/m) Approx. 7 Bar (110 psi) 0 100 200 300 400 D e p t h ( m ) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 EC Cutoff T441 (SW 0.5 m) T442 (SE 0.5 m) T443 (NW 0.5 m) T444 (E 0.5 m) 12 Bottom-up Injektion. 25 l pr. 25 cm, GeoProbe Inj, tool. Tydelig preferentiel spredning under og over.
Skuldelev Site Electrical Conductivity I405 6-5m 50l/depth (250 l) Bottom Out Electrical Conductivity (ms/m) Approx. 3 Bar (45 psi) 0 100 200 300 400 0 1 2 3 4 D e p t h ( m ) 5 6 7 8 9 10 11 12 T451 (W 0.5 m) T452 (W 0.25 m) T453 (N 0.25 m) T454 (E 0.25 m) T455 (S 0.25 m) EC Cutoff T456 (NW 0.25 m) T457 (NE 0.25 m) T458 (SE 0.25 m) T459 (SW 0.25 m) T459A (ESE 0.5 m) T459B (ENE 0.5 m) Bottom out (løs spids), Injektion 50 l pr. 25 cm. Lavt tryk. Preferentiel sprdedning lige over og sandsynligvis også i 7 m.
0 Skuldelev Site Electrical Conductivity I407 6.0m 500l/depth - 360 Tool Electrical Conductivity (ms/m) Approx. 10 Bar (150 psi) 0 100 200 300 400 1 2 Electrical Conductivity (ms/m) 25 50 75 100 125 150 5,5 D e p t h ( m ) 3 4 5 6 7 Depth (m) 5,75 6 T471 (NE 0.25 m) T472 (SE 0.25 m) T471 (NE 0.25 m) T472 (SE 0.25 m) T473 (NW 0.25 m) T474 (SW 0.25 m) EC Cutoff T475 (S 0.5 m) T476 (W 0.5 m) T477 (N 0.5 m) T478 (E 0.5 m) 8 9 6,25 T473 (NW 0.25 m) T474 (SW 0.25 m) EC Cutoff 10 11 T475 (S 0.5 m) T476 (W 0.5 m) T477 (N 0.5 m) 12 6,5 T478 (E 0.5 m) Injektion i en enkelt dybde ved højere tryk giver bedre respons i inj. dybden
D e p t h ( m ) 0 1 2 3 4 5 6 7 Skuldelev Site Electrical Conductivity I408 5.5m 500l/depth - Geoprobe Electrical Conductivity (ms/m) Approx. 8 Bar (120 psi) 0 100 200 300 400 8 9 10 11 T481 (W 0.25 m) T482 (E 0.25 m) T483 (N 0.25 m) T484 (S 0.25 m) EC Cutoff 12 En dybde (5,5 m), Injektion. 500 l, GeoProbe Inj, tool. Medium tryk. Noget respons omkring injektionsdybden.
D e p t h ( m ) 0 1 2 3 4 5 6 7 Skuldelev Site Electrical Conductivity I409 6.25m 200l/depth 360 tool Electrical Conductivity (ms/m) Approx. 30 Bar (440 psi) 0 100 200 300 400 8 9 10 11 T491 (E 0.25 m) T492 (N 0.25 m) T493 (W 0.25 m) EC Cutoff 12 En dybde (6,25 m), Injektion. 200 l, 360-tool. Højt tryk (30 bar). Markant respons omkring injektionsdybden (lidt over men intet dybere).
Konklusion Kombinationen af ledningsevne sonderinger og en iontracer er en effektiv måde at kortlægge spredningen ved direkte injektion (eller andre type fordelinger) og giver en meget høj vertikal opløsning (cm) Brugen af traceren DKP ødelægger ikke muligheden for en senere biologisk oprensning Den opnåede spredning er kraftigt styret af de geologiske forhold der varierer fra grus til ler I grus vurderes det på baggrund af det ene forsøg i dette dybdeinterval, at det muligt at opnå en rimelig ensartet fordeling, men mere arbejde er påkrævet I de heterogene moræneaflejringer kræves der et højt initielt tryk for at undgå preferentielle spredningsveje og åbne formationen op i de ønskede dybdeintervaller Ikke nogen tydelig fordel/forskel på Top-down vs. Bottom- Up injektion Injecting into clay: Go strong or go home! ( Citat: Joe Rossabi, RedoxTech )