Hvorfor er nedbrydning så vigtig Lidt indledende underholdning med Thomas Hauerberg Larsen Foto: Martin Oeggerli
Hvorfor er nedbrydning så vigtig Den hurtige Det er det bare, specielt når vi taler om mineralisering. Alt grundvand og overfladevand, ville være fyldt med opløst organisk stof hvis der ikke foregik mineralisering. Den lidt mere uddybende Lad os kigge lidt på, hvilke processer, der kan reducere koncentration og massestrøm. Opblanding (koncentration) med andet luft i inde- og udeklimasager. Opblanding (koncentration) med andet vand i recipienten (indvinding, vandløb, sø etc.). Processer der virker under transporten af vand Tegning: Stefan Søberg, GEUS 10. februar 2015 2
Stoftransportligningen for vandtransport (1 dimensional for nemheds skyld) C t = D R 2 C x² v R C x k R C C er koncentrationen i sted og tid (x,t), D er dispersionskoefficienten, R er retardationen, v er den gennemsnitlige strømningshastighed og k er en 1. ordens nedbrydningsrate. Ligningen er løst af flinke mennesker for randbetingelserne konstant flow og ens parametre i tid og sted samt C=C 0 når 0<t t 0 og 0 når t>t 0 samt at C (, t) = 0. 10. x februar 2015 3
Effekt af dispersionskoefficienten D Størrelsen og betydning af D Repræsenterer inhomogeniteten i hastigheden af vand målt med gennembruddet af et konservativt stof. Udtrykkes gerne ved en faktor α L, hvor D L = α L v. α L er skalaafhængig. Poul Bjerg har i 2008 samlet data fra forskellige tracer forsøg. Her er α L fra mindre end 1/100 af skalalængden til lidt under 1/10 af skalalængden. α T og α V er typisk 1 størrelsesorden mindre end α L. De betyder dermed ikke meget for hverken massestrøm eller koncentration. I Worst case er α L ca. 1/100 og i best case ca. 1/10 af skalalængden Figur fra Fank & Rock 10. februar 2015 4
Beregning med to D værdier V = 40 m/år, forureningslængde puls 20 år, skalalængde 1000 m, C i = 10 mg/l Retardation = 1 α L = 10 m α L = 100 m I bedste fald giver dispersion alene en reduktion i massestrøm og koncentration på ca. en faktor 2 indenfor relevante afstande. Varigheden af massestrømmen øges ved øget D. 10. februar 2015 5
Retardation Stof R (f OC = 0,1 %) MTBE 1,0 2,4 D 1,0 MCPP 1,0 Dichlorprop 1,1 Benzen 1,2 1,1,1-TCA 1,5 TCE 1,5 p-xylen 3,7 PCE 5,8 Pyren 168 10. februar 2015 6
Beregning med to R værdier V = 40 m/år, forureningslængde puls 20 år, skalalængde 1000 m, C i = 10 mg/l Dispersivitet 100 m (best case) R = 1,5 (TCE) R = 5,8 (PCE) Dispersion og retardation giver en reduktion i massestrøm og koncentration på op til ca. en faktor 5 indenfor relevante afstande med relevante stoffer. Varigheden øges med større retardation og dispersion. Al masse kommer igennem. 10. februar 2015 7
Beregning med to hastigheder, R = 1,5 (TCE), forureningslængde puls 20 år, skalalængde 1000 m, C i = 10 mg/l Dispersivitet 100 m (best case) V = 40 m/år V = 60 m/år Hastigheden betyder noget for varigheden af pulsen i kombination med D og R. Hurtigere hastigheder giver større maksimal koncentrationer/massestrømme. Der er total massebevarelse, svarende til at arealet under kurverne er ens. 10. februar 2015 8
Nedbrydning & rater Stof Rate (dg-1) Halveringstid (dg) Forhold COD 10-50 0,01-0,05 Renseanlæg, aerob Benzen, fra JAGG Benzen, fra JAGG 0,01 70 Aerob 0,001 700/2 år Anaerob TCE, fra JAGG 0,0001 7000/20 år Anaerob Pyren 0,02 35 Aerob Chlorerede med KB-1 0,15 5 Optimerede anaerobe, fra feltdata 10. februar 2015 9
Beregning med to nedbrydningsrater. V = 40 m/år, forureningslængde puls 20 år, skalalængde 1000 m, C i = 10 mg/l Dispersivitet 100 m (best case), R=1,5 (TCE) k = 0,0001 (JAGG) k = 0,001 (10 *JAGG) Reduktion på ca. en faktor 2 på koncentration og maksimal massestrøm. Samlet belastning reduceres ca. 50 %. Reduktion på ca. 3 størrelsesordener på koncentration og maksimal massestrøm. Samlet belastning reduceres 99,7 %. 10. februar 2015 10
Konklusion Nedbrydning er vigtigst fordi: Det er den eneste ægte fjernelsesmekanisme. Både koncentration, massestrøm og samlet massebelastning kan reduceres med størrelsesordener pga. af en lang opholdstid. Dispersion og retardation alene typisk kun kan reducere koncentrationen og massestrømmer med langt under en størrelsesorden under typiske forhold. 10. februar 2015 11