Karakterisering og masseestimering i DNAPL kildeområder. der. Ida V. Jørgensen, Mette M. Broholm og Poul L. Bjerg

Karakterisering og masseestimering i DNAPL kildeområder der Ida V. Jørgensen, Mette M. Broholm og Poul L. Bjerg

Oversigt for præsentation Metoder til karakterisering af DNAPL kildeområder Oversigt over metoder Kort enkeltvis gennemgang Vurdering Masseestimering i DNAPL kildeområder Metode til estimering Eksempel Vurdering

Oversigt karakteriseringsmetoder Direkte metoder Observation af DNAPL: i vand/vandprøver fra filtersatte boringer og lignende i jordprøver/kerneprøver Hydrofob farvetest (primært Sudan IV) Indirekte metoder Sammenligning ud fra analyser: Jord Vand Poreluft Membrane Interface Probe (MIP) Hydrofobe fleksible membraner Geofysiske metoder Videokamerametoder: Optisk televiewer In situ kamera - GeoVis Laser Induced fluorescence (LIF) Raman spectroscopy. Kun fundet 1 eksempel på DNAPL påvisning (reference fra 2000) Partitioning tracers test: PITT (partitioning interwell tracer test) Naturligt forekommende radon

Observation af DNAPL Direkte metoder Karakteristika Diskretisering Potentiale Observation af DNAPL i vand/vandprøver jord/kerneprøver Udtagning af prøver og se efter DNAPL (eller pejling i boring). Overvejende punktprøvetagning. Med direct push mulighed for høj diskretisering i forhold til normale boringer. For jordprøver kan udtages kontinuerte kerner, og undersøges cm for cm. Mange eksempler på observation af mobil DNAPL i vand, men ikke umiddelbart mange i jord. I boringer kun muligt at finde mobil DNAPL. Kan være vanskeligt at se chlorerede opløsningsmidler, da de generelt er farveløse. Kan være kvantitativ ved oppumpning af DNAPL. Eksempel på oppumpet DNAPL Foto: NIRAS, 2005. Notat Frederiksborg Amt Vestergade 5, Skuldelev Handlingsplan.

Hydrofob farvetest Sudan IV Terning med Sudan IV Direkte metoder Karakteristika Diskretisering Potentiale Hydrofob farvetest (primært Sudan IV) Sudan IV testkit Tilsætning af hydrofobt farvestof (eller brug af testkit der indeholder farvestoffet) og vand til jordprøver omrystning. Punktprøvetagning. Delprøver til test med hydrofobt farvestof udvælges ofte ud fra PID på jordprøve. Mange eksempler på påvisning af DNAPL. Potentiale for påvisning fra under 1 % residual mætning (PCE og TCE), men ved meget små mængder er det ikke sikkert farvningen kan skelnes, især ikke ved grumset prøve. Kvalitativ. egen Sudan IV tilsætning Påvisning af DNAPL i venstre prøve Foto: NIRAS Foto: ORBICON Påvisning af DNAPL i de to midterste, prøver Foruden Sudan IV er der mulighed for brug af andet rødt farvestof (som ikke er mutagent) og et blåt farvestof men der er ikke fundet eksempler på brug af disse i litteraturen. Der er også udviklet en spray til påvisning af DNAPL i borekerner hvor der benyttes et farvestof som farver DNAPL kongeblå, men der er ikke fundet eksempler på brug af denne i litteraturen.

Hydrofobe fleksible membraner Direkte metoder Karakteristika Diskretisering Potentiale Hydrofobe fleksible Kontinuert over membraner dybden i borehullet. Membraner med hydrofob farve trykkes ud mod kanten af borehul. Mange eksempler på påvisning af DNAPL. Metoden kan vise vertikal fordeling af DNAPL i borehul. Kvalitativ. Der findes også såkaldt core strip test, hvor materialet med den hydrofobe farve bruges på borekerner i stedet for i et borehul. Membran med farvereaktion - Påvisning af DNAPL Foto: NIRAS, 2005. Notat Frederiksborg Amt Vestergade 5, Skuldelev. Vurdering samt afværge af fri fase ved boring KB 15

Videokamerametoder Direkte metoder Karakteristika Diskretisering Potentiale Videokamerametoder Optisk televiewer In situ kamera - GeoVis Relativt kontinuert over dybden i borehullet. Optager billede ned gennem jorden (borehul eller direct push) ved brug af meget lille videokamera på en sonde. Enkelte eksempler på påvisning af DNAPL. Metoden kræver at DNAPL i farve eller struktur kan skelnes fra omgivende jord. Kan desuden samtidig visuelt inspicere jorden og hjælpe med at identificere foretrukne transportveje. Kan være nødvendigt med yderligere bekræftelse på DNAPL. Kvalitativ. For nyligt har været test under feltforhold af kombination med hydrofob farve, men i litteraturstudiet er ikke fundet feltdokumentation for resultat.

Laser Induced Fluorescense (LIF) Direkte metoder Karakteristika Diskretisering Potentiale Laser Induced Relativt kontinuert fluorescence (LIF) over dybden. Direct push metode. Påviser fluorescerende stoffer, mange DNAPL fluorescerer ikke, men kan påvises i blanding med fluorescerende stoffer. Flere eksempler på lokalisering af DNAPL ved at finde urenheder i dem der fluorescerede. Kan kombineres med andre metoder, bl.a. litologiske sensorer for at få samtidig beskrivelse af geologisk lagdeling. Nødvendigt med yderligere bekræftelse på DNAPL.

Partitioning Tracer Test Direkte metoder Karakteristika Diskretisering Potentiale Partitioning tracers test PITT (partitioning interwell tracer test) Naturligt forekommende radon PITT viser relativt integreret over det område der gennemstrømmes i testen, men ikke umiddelbart præcis hvor evt. DNAPL er placeret. Rn er punktmåling. Benytter at udvalgte (spor)stoffer opløses i NAPL. Ved PITT sammenlignes forsinkelse af sporstof der hhv. fordeles ind i DNAPL og ikke gør. For Rn identificeres kildeområder med lavere Rnkoncentration. PITT er meget undersøgt, men dyrt og besværligt så mest egnet ved store DNAPL forureninger (i sand/grus). Ikke egnet til at lokalisere DNAPL kilder, men velegnet til at estimere mætning og mængde af DNAPL i områder fundet ved andre metoder. Rnmetoden er ikke ligeså velafprøvet som PITT, men har i nogle tilfælde været brugt med succes til at indikere DNAPL. Metoden kræver kendt og homogen Rn baggrundskoncentration.

Beregning/sammenligning ud fra analyse Indirekte metoder Karakteristika Diskretisering Potentiale Beregning /sammenligning ud fra analysekoncentrationer Jord Vand Poreluft Vand/luft/jord analyseres for koncentration (af f.eks. chl. opl.), og ud fra dette beregnes / sammenlignes med opløseligheder mv. (ligevægtsprincip). Punktprøvetagning. Med direct push mulighed for høj diskretisering i forhold til normale boringer. For jordprøver kan udtages kontinuerte kerner og laves fin delprøvetagning. Meget anvendt til indikation på DNAPL. Nogle usikkerheder, men metoden er simpel og data findes tit i forvejen. Analyse af jordprøver er ofte eneste mulighed for kvantificering af forurening/dnapl.

Membrane Interface Probe (MIP) Indirekte metoder Karakteristika Diskretisering Potentiale Membrane Interface Kan være kontinuert Probe (MIP) over dybden. Direct push metode. Måler koncentration af flygtige organiske stoffer (VOC), høje udslag kan indikere DNAPL. Flere nylige anvendelser og korrelation til andre metoder. Ofte gode resultater med MIP som screeningsmetoder og efterfølgende udtagning af jordprøver mv. Flere metoder minder om MIP, men kun fundet omtalt meget begrænset. Temperatur og ledningsevne Detektorudslag FID, PID og DELCD Figur: Niras, (2007) (udkast). Region Syddanmark, Odense, Knullen 8, Karma Arbejdstøjservice. Videregående miljøundersøgelser af forurenet lokalitet nr. 461-205, Karma Arbejdstøj Service Aps, Knullen 8, Højby 5260 Odense. Appendiks C (2005).

Geofysiske metoder Indirekte metoder Karakteristika Diskretisering Potentiale Geofysiske metoder Mange forskellige. Generelt består de af energikilde og modtagere. Påviser generelt ændringer/ uregelmæssig-heder i jorden. F.eks. kan måles på ledningsevne for at forsøge at finde DNAPL (generelt ikke ledende det er vand) Forskelligt, kan være kontinuerte over dybden. Meget blandende resultater. Generelt ikke brugbart til at finde DNAPL hvis ikke forhold er målt før forureningen, og det er sjældent. Mest til at bestemme geologi, mulige DNAPL fælder mv. Forskellige geofysiske metoder i borehul (naturlig gamma, ledningsevne, temperatur, induktion, resistivitet, densitet). Udsnit fra reflektionsseismik Figurer: Niras, (2007) (udkast). Region Syddanmark, Odense, Knullen 8, Karma Arbejdstøjservice. Videregående miljøundersøgelser af forurenet lokalitet nr. 461-205, Karma Arbejdstøj Service Aps, Knullen 8, Højby 5260 Odense. Appendiks B og D.

Foreløbig vurdering af metoder Niveau af dokumenteret indikation/påvisning af DNAPL med metoden Direkte metoder Observation af DNAPL: i vand/vandprøver fra filtersatte boringer og lignende i jordprøver/kerneprøver Hydrofob farvetest (primært Sudan IV) Hydrofobe fleksible membraner Videokamerametoder: Optisk televiewer In situ kamera - GeoVis Laser Induced fluorescence (LIF) Raman spectroscopy Partitioning tracers test: PITT (partitioning interwell tracer test) Naturligt forekommende radon Indirekte metoder Sammenligning ud fra analyser: Jord Vand Poreluft Membrane Interface Probe (MIP) Geofysiske metoder Flere gult markerede metoder (f.eks. naturligt forekommende radon) skyldes at de ikke er fundet så gennemtestede til DNAPL. Det kan være interessant at afprøve nogle af disse i Danmark. Viser metoden er fundet afprøvet i Danmark i forbindelse med DNAPL undersøgelser

Masseestimering i DNAPL kildeområder 1) DNAPL vurdering (inkl. regneark) Bestemme om der er DNAPL, og evt. type og mætning Grafer/tabeller Grænse for om der er DNAPL under forskellige forhold 2) Konceptmodeller Beskrive mulige koncepter for forureningsudbredelsen 3) Masseestimering Udregning af forureningsmasse i området, herunder massen af DNAPL.

DNAPL vurdering DNAPL vurdering laves på baggrund af data fra karakterisering Herunder beregning i regneark ud fra koncentrationer:

Eksempel: Fasefordeling af PCE Parametre f oc ( - ) ρ (kg/l) θ ( - ) Sand 0,001 2,65 0,35 S (mg/l) ρ DNAPL (kg/l) Log K OW PCE 240 1,63 2,88

Masseestimering 1) DNAPL vurdering (inkl. regneark) Bestemme om der er DNAPL, og evt. type og mætning Grafer/tabeller Grænse for om der er DNAPL under forskellige forhold 2) Konceptmodeller Beskrive mulige koncepter for forureningsudbredelsen 3) Masseestimering Udregning af forureningsmasse i området, herunder massen af DNAPL.

Eksempel på konceptmodeller Skitserede konceptmodeller i ét kildeområde 1) 2) B105 B113/402 E2 B401 E1 0 2,5 B104 HV11 B112 5 7,5 10 m.u.t. 0 Fyld m.u.t. 0 B105 B113/402 E2 B401 E1 0 2,5 B104 HV11 B112 5 7,5 10 Moræneler 5 A B C Vandspejl 5 A B C Vandspejl 10 10 Sand D 15 15 Grundvandsstrømning Grundvandsstrømning 20 20 DNAPL (muligvis mobi/pooll) Opløst fase med høj koncentration DNAPL (residual) E1 3) 0 2,5 B104 HV11 B112 5 7,5 1) DNAPL ned i underliggende sandmagasin m.u.t. 0 B105 B113/402 E2 B401 10 5 A B C Vandspejl 2) DNAPL kun i moræneleren høje koncentrationer i vand i magasin skyldes udvaskning fra dette lag 10 15 Grundvandsstrømning 3) Forhøjet sorption i moræneleren meget højere grænse for hvor total koncentration i jord viser DNAPL 20

Eksempel: Knullen Step 1: Opsat relevante konceptuelle modeller, 3 stk. Step 2: Estimeret/vurderet DNAPL mætning ud fra litteratur og tidsperspektiv: residual 1-10 % og mobil 15-50 % Eksempel med residual 5 % og mobil 30 % Interval for konceptmodeller: 2000-6200 kg Eksempel for konceptmodel 2 med mætningsintervallet Interval for mætninger: 1600-5900 kg Totalt interval konceptmodeller og mætninger:1200-11200kg Oprenset masse ca. 3500 kg Alternativ step 2 og 3 Hvis totale jordkoncentrationer viser DNAPL kan estimat for mætning baseres på disse. Her er for hvert delområde regnet mætning ud fra hhv. gennemsnit og højeste koncentrationer (ud fra vurdering at DNAPL er svært at finde) Interval for estimater (koncept og mætning): 1300-6000 kg Desuden igangværende beregning på Skuldelev (område I)

Foreløbig vurdering af masseestimering Konceptmodeller og DNAPL mætninger har stor betydning for estimeret masse Nødvendigt med forskellige sandsynlige konceptmodeller for at få realistisk estimat på forureningsmasse i områder med DNAPL Ovennævnte sag er meget velkarakteriseret. For sager med mindre data må generelt forventes større forskel i estimeret masse ved forskellige konceptmodeller

Udvalgte referencer Jørgensen, I.V., Broholm, M.M., Bjerg, P.L., 2010. DNAPL i kildeområder - konceptmodeller, karakterisering og masseestimering baseret på litteraturudredning. DTU Miljø og Region Hovedstaden. US EPA, 2004. Site Characterization Technologies for DNAPL Investigations. Kram, M.L., Keller, A.A., Rossabi, J., Everett, L.G., 2001. DNAPL Characterization Methods and Approaches, Part 1: Performance Comparisons. GWMR. Pankow, J.F., Cherry, J.A., 1996. Dense chlorinated solvents and other DNAPLs in groundwater. Waterloo Press, Portland, Oregon, U.S.A. Interstate Technology and Regulatory Council (ITRC) Dense Nonaqueous Phase Liquids Team, 2003. Technology Overview An Introduction to Characterizing Sites Contaminated with DNAPLs. U. S. Navy, Naval Facilities Engineering Command, Environmental Restoration Technology Transfer, Multimedia Training Tools website, 2006. DNAPL detection and characterization tool. US EPA, 1994. DNAPL site characterization. U.S EPA, 2003. The DNAPL Remediation Challenge: Is There a Case for Source Depletion? Expert Panel on DNAPL Remediation. EPA 600-R-03-143.

De to netop gennemgåede indslag om DNAPL er en del af et projekt i samarbejde med Region Hovedstaden. Rapporten er endnu ikke afsluttet og der er derfor tale om foreløbige vurderinger. Der kommer rapport i begyndelsen af 2010: Jørgensen, I.V., Broholm, M.M., Bjerg, P.L., 2010. DNAPL i kildeområder - konceptmodeller, karakterisering og masseestimering baseret på litteraturudredning. DTU Miljø og Region Hovedstaden. Tak for opmærksomheden Spørgsmål?