Termisk oprensning - erfaringer Thomas Hauerberg Larsen Med assistance fra Krüger, Terratherm, GEOinc, Arkil, TPStech, Frisesdahl, Niras og unævnte personer Envinamøde 9. oktober 2014
Emner jeg berører under foredraget Hvilke termiske metoder, et hurtigt overblik Hvad har været brugt i DK og med hvilke resultater (primært flygtige stoffer) Gasolie, hvad kan man forvente i det lykkelige scenarie (model) Eksempler på mindre flygtige stoffers oprensning (Olie, tjære, PCB mv), primært pust fra udlandet Opsamling og konklusion 9. oktober 2014 2
Termisk oprensning En afværgemetode hvor man tilfører jorden energi med henblik på at øge mobiliteten af forureningen, så den kan fjernes ved en fysisk proces (oppumpning af gas/væske/fri fase) eller ved in-situ destruktion uden tilsætning af kemikalier. Ikke vitrifikation hvor man smelter jorden Ikke opvarmning til aktivering af andre kemikalier (eksempelvis kemisk oxidation med persulfat) 9. oktober 2014 3
Den overordnede forklaring på hvorfor termiske teknikker virker Conductivities Hydraulic, elektrical & thermal conductivity (m/s, ms/m, W/mK) 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 1,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 1,00E-07 1,00E-08 1,00E-09 1,00E-10 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Kornstørrelse (mm) Hydraulic conductivity Electrical conductivity Thermal Conductivity 9. oktober 2014 4
Damptoget Steam Drive 1 m³ vand der fordamper bliver til 1695 m³ vanddamp ved 1 atm, dvs. en voldsom volumenekspansion, der skaber sekundær permeabilitet, og driver stof med i dampen Til sammenligning udvider TCE sig 340 gange og PCE sig 300 gange fra væske til damp. Mættede dampe med TCE har ved kogepunktet en koncentration på 3 kg TCE/m³ og 0,2 kg vand/m³, dvs. en ligevægt forskudt over mod stoffet der ønskes fjernet. 9. oktober 2014 5
Termiske værktøjer i kassen Direkte energi injektion (damp, damp/luft, varmt vand, varm luft), typisk T <=100 C, primært styret af permeabilitet i jorden Direkte elektrisk opvarmning, (ERH), typisk T<=100 C, styret af elektrisk ledningsevne Radiobølger/mikrobølger (RFH), styret af jordens permittivitet (primært vandindholdet), typisk T<=100 C Varmeledningsteknikker (ISTD, elektrisk eller gasdreven, typisk T<= 400 C 9. oktober 2014 6
Hvor meget krudt til rådighed Damp (meget afhængig af permeabilitet), typisk i størrelsen 10-100 kw/m filter, energieffektivitet ca. 90 % ERH typisk 1-5 kw/m elektrode, energieffektivitet ca. 100 % RFH typisk 10 kw/m antenne, energieffektivitet 50-85 % ISTD-el, 1-2 kw/m filter, energieffektivitet ca. 100 % ISTD-gas 2-3 kw/m filter, energieffektivitet ca. 70-85 % 9. oktober 2014 7
Oprensninger i DK Case År Volumen (m³) Metode Stoffer Resultater Pris (kr/m³) Brüel og Kjær 1997 4.000 Damp PCE/TCE Ca. 1.500 kg fjernet? Hedehusene 1999 50.000 Damp PCE/TCE Ca. 800 kg fjernet, ca. 95 % oprensning 720 Østerbro Ålborg 2000 1.200 Damp PCE/terpen tin Ca800 kg fjernet, Opløste koncentrationer reduceret > 99% Cliprens 2004 9.600 Damp PCE Ca. 2000 kg fjernet, Stofflux R> 98% 2000 Knullen 2008 2.500 Damp/ISTD el 2100 PCE Ca. 3500 kg fjernet, jord R> 99% 8000 Skuldelev 2008 1.500 ISTD el PCE Ca. 400 kg fjernet, ISTD el 8200 Reerslev 2009 11.100 ISTD el PCE Ca 2500 kg fjernet, ISTD el, jord R>99% 3250 Albagrunden 2011? PCE? Vadsbyvej 2010 1.000 ISTD el PCE/TCE/TC A Ca. 200 kg fjernet? Innovationsgaragen 2013 - ISTD gas PCE Demo projekt, rensning af PCE i gas flamme Innovationsgaragen 2013 - RFH - Demo projekt af T>100 i jorden - Bregnerødvej 2013 2.250 ERH TCE Ca. 30-35 kg fjernet Gennemsnit < 0,02 mg/kg Pilehøj Vænge 2014 7.000 ISTD el TCE I gang, ca. 1-200 kg forventes fjernet 1.500 Marstrandsvej 2014 150? ISTD gas Gasolie I gang, bagatelgrænsen (<10 kg) er målet? - 4.850
Konklusion på de flygtige stoffer Både ERH, ISTD og damp viser fjernelsesrater på 98- >99% når teknikken anvendes korrekt. Succeshistorier med PCE, TCE, TCA, terpentin, benzinkomponenter (og lidt gasolie uden dokumentation). Meget varierende priser, fra ca. 1.000 kr-8.000 kr./m³, generelt dyrest for små oprensninger Damp er bedste løsning i permeable materialer ERH uflexibelt i design, billig i energi ISTD flexibel i design og oprensningsfasen, dyrere i energi 9. oktober 2014 9
Mindre flygtige stoffer i gang og/eller oprenset Gasolie (diesel/fyringsolie) Kreosoter/tjære, PCP (træimprægnering) Tjære fra gasværker PAH generelt Dioxiner bl.a. Agent Orange i Vietnam i meget stort on site anlæg af Krüger/Terratherm (34.000 m³) 9. oktober 2014 10
Kogepunktsfordeling - gasolie Diesel komponenter fordelt efter kogepunkt 5.00% 120.00% Komponentindhold 4.50% 4.00% 3.50% 3.00% 2.50% 2.00% 1.50% 1.00% 0.50% Decan Undecane Tridecane Dodecane Pentadecane Tetradecane Hexadecane Heptadecane Octadecane Nonadecane Eicosane Heneicosane Docosane Tricosane Tetracosane 100.00% 80.00% 60.00% 40.00% 20.00% Summerede komponenter 0.00% 0.00% 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Kogepunkt [C] 9. oktober 2014 11
Gasolier (diesel- og fyringsolie) - model 35.00% Sammensætning af poreluft ved 10 30.00% 25.00% Samlet PL koncentration ca. 1500 mg/m³ ved fri fase i modellen 20.00% 15.00% Sammensætning jord Sammensætning Poreluft 10.00% 5.00% 0.00% 9. oktober 2014 12
Modelberegning på dieselopvarmning C start =2500 mg/kg TS, 10 % vand 40-60% af olien fordamper med vandet 9. oktober 2014 13
Nødvendig temperatur og tid (luftudskiftning) C start =2500 mg/kg TS, 10 % vand 9. oktober 2014 14
Kreosot oprensning Terratherm, Alabama USA, ISTD el Ca. 12.000 m³ forurenet med træimprægneringskemikalier, insitu oprenset, gennemsnitlig dybde 4 m, umættet zone Styringstemperatur 300 C Kemikalier: PAH, Pentachlorphenol, Dioxiner Opsugede dampe behandlet i anlæg med GAC Oprensningsgrader på jord Benzo(a)pyren > 99%, C slut = 59 ug/kg PCP 60%, C slut = 1250 ug/kg Dioxiner > 99%, C slut = < 0,11 ug TEQ/kg 9. oktober 2014 15
Gasværk, kulbrinter-tpstech, Paris Frankrig Ca. 4.000 m³jord forurenet med tjære (LNAPL) fra fremstilling af bygas. Ca. 4 m dybde. Styringstemperatur 100 C Kemikalier: PAH, BTEX, LNAPL Oprensningsgrader på jord: BTEX > 99 %, C slut < 6 mg/kg Afbrænding af opsuget gas i brændere 9. oktober 2014 16
Marstrandsvej, gasolie, Helsingør, ISTD med gas 1. projekt med gasolie i Danmark Formål et er at nedbringe en restforurening til under bagatelgrænsen (under 10 kg kulbrinter totalt) Opstart i maj 2014 Planlagt driftsperiode, 15 brændere, ca. 10-12 uger, kører nu på 4. måned. Udfordringer: Regulering af brændere (for lav temperatur i starten) Vandtilstrømning Muligvis opløst olie uden for målzonen 9. oktober 2014 17
Marstrandsvej 9. oktober 2014 18
Koncentrationer i opsuget luft 10000 Indhold af totalkulbrinter 9000 8000 7000 Koncentration (mg/m³) 6000 5000 4000 P2 P8 3000 2000 1000 0 11-apr 01-maj 21-maj 10-jun 30-jun 20-jul 09-aug 29-aug 18-sep 08-okt 9. oktober 2014 19
Udfordringerne Marstrandsvej Der brændes ca. 9 kg propan af pr. time. Dette kan fordampe ca. 50-100 l vand/time, afhængig af varmetabet Der er et ualmindeligt højt benzenindhold i det opsugede luft, ca. 200 mg/m³ i et filter. Koncentrationen svarer til en opløst koncentration i porevandet på ca. 60 µg/l (15 µg/kg/ts) ved 100 C Efter afkøling svarer dette til ca. 10 mg/m³ Styring af vandet Koncentration (mg/m³) Indhold af benzen 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 11-apr 01-maj 21-maj 10-jun 30-jun 20-jul 09-aug 29-aug 18-sep 08-okt 9. oktober 2014 20 P2 P8
Konklusioner & opsummering Oprensning af de flygtige stoffer foregår med en række metoder, krav til temperatur er typisk 100 C Mange eksempler med lave restindhold (<=0,1 mg/kg) Primært offentlige bygherrer i DK SVOC stoffer kræver højere temperaturer. Kun i sin opstart i DK. Gasolie vil kræve 200-250 C, afhængig af luftskifte og rensekrav Det er muligt at opnå temperaturer omkring 300-400 C i jorden, hvor en lang række PAH, tunge klorerede forbindelser (pesticider/dioxiner/pcb) og tunge olier kan fjernes. Største udfordring er VAND, pga køling. For SVOC skal alt vand fordampes for at opnå succes. 9. oktober 2014 21
Spørgsmål?