Marianne Plenge Wamberg - Anders G. Christensen - ATV - Jord og ...
Marianne Plenge Wamberg - Anders G. Christensen - ATV - Jord og ...
Marianne Plenge Wamberg - Anders G. Christensen - ATV - Jord og ...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
KOMBINATION AF BIOTISK<br />
OG ABIOTISK NEDBRYDNING<br />
AF CHLOREREDE ETHENER (PCE)<br />
I GRUNDVAND<br />
<strong>Anders</strong> G. <strong>Christensen</strong>, Civilingeniør<br />
Ekspertisechef i BU-MILJ, NIRAS A/S.
Klient<br />
Mads Terkelsen, Region Hovedstaden<br />
NIRAS A/S<br />
Lotte Rasmussen<br />
<strong>Marianne</strong> <strong>Plenge</strong> <strong>Wamberg</strong><br />
Charlotte E. Riis<br />
m.fl.<br />
Ekstern konsulent<br />
ZVI/BIO Joe Rossabi, RedoxTech, USA
DISPOSITION<br />
– Baggrund<br />
– Geol<strong>og</strong>i <strong>og</strong> forureningssituation før oprensning<br />
– Sekvens af oprensningsaktiviteter<br />
– Monitering af processer<br />
– Udvalgte eksempler<br />
– Konklusion<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 3
BAGGRUND OG PLACERING AF<br />
OPRENSNINGSOMRÅDE<br />
1955-1968 Værksted <strong>og</strong> produktion<br />
1968-1983 Metal affedtning med PCE<br />
1983- Eletronik virksomhed<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 4
FORURENINGSUDBREDELSE (PCE I JORD)<br />
OG OPRENSNINGSOMRÅDE<br />
Oprensningsområde<br />
ISCO injektion<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 5
VERTIKAL FORDELING AF PCE I JORDEN OG<br />
GEOLOGISK HETEROGENITET<br />
Injektions<br />
boringer<br />
Glacial<br />
till<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 6
SEKVENS AF OPRENSNINGSAKTIVITETER<br />
Periode Aktivitet Formål Bemærkning<br />
Oprensning af fri fase PCE ved Injektion i boringer med oxidationsmiddel<br />
Nov. - dec. 2009 S-ISCO injektion<br />
opløsning <strong>og</strong> oprensning af<br />
(4800 kg natriumpersulfat), base (7 m3<br />
chlorerede ethener i vandfasen ved natriumhydroxid) <strong>og</strong> surfactant (0,4 m3<br />
oxidation<br />
VeruSOL)<br />
Oprensning af fri fase PCE ved Injektion i boringer <strong>og</strong> med Geoprobe<br />
Nov. 2010<br />
S-ISCO injektion<br />
opløsning <strong>og</strong> oprensning af<br />
oxidationsmiddel (4600 kg natriumpersulfat),<br />
chloerede ethener i vandfasen ved base (3 m3 natriumhydroxid) <strong>og</strong> surfactant<br />
oxidation<br />
(0,25 m3 VeruSOL)<br />
Nov. 2011<br />
ZVI-injektion<br />
Oprensning af fri fase PCE <strong>og</strong><br />
Injektion af mikrojern (640 kg), guar <strong>og</strong><br />
chlorerede ethener i vandfasen ved<br />
dikaliumphosfat<br />
kemisk reduktion<br />
Dec. 2011 - jan. 2012 Pump & treat<br />
Oppumpning <strong>og</strong> tilbagetrækning af<br />
forureningsfane med chlorerede<br />
ethener<br />
Oppumpning i en måned fra i alt 3 boringer<br />
med ca. 0,5-1 m3/t <strong>og</strong> delvis reinfiltration af<br />
renset vand<br />
Aug. 2012<br />
ZVI/Bio injektion<br />
Oprensning af fri fase PCE <strong>og</strong><br />
Injektion af mikrojern (476 kg), guar,<br />
chlorerede ethener i vandfasen ved<br />
dikaliumphosfat (25 kg), substrat (400 l ABC)<br />
kemisk reduktion <strong>og</strong> biol<strong>og</strong>isk<br />
samt biokultur (20 l KB1)<br />
reduktiv deklorering<br />
Aug. 2013<br />
ZVI injektion<br />
Oprensning af fri fase PCE <strong>og</strong><br />
Endnu ikke udført, men forventes udført som<br />
chlorerede ethener i vandfasen ved<br />
injektionen i august 2012, men justeret ifht.<br />
kemisk reduktion <strong>og</strong> biol<strong>og</strong>isk<br />
moniteringen forår/sommer 2013<br />
reduktiv deklorering<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 7
BILLEDER FRA DE ENKELTE FASER AF<br />
PROJEKTET<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 8
NEDBRYDNINGSVEJE FOR PCE MED<br />
NULVALENT JERN (ZVI)<br />
hydr<strong>og</strong>enolysis<br />
+2e - +H + -Cl -<br />
Cl 1,1 DCE<br />
H<br />
β elimination<br />
hydr<strong>og</strong>enation<br />
+2e - -2Cl -<br />
+2e - +2H +<br />
α elimination +4e - +2H + -2Cl -<br />
Cl PCE<br />
C=C<br />
Cl<br />
Cl Cl<br />
Cl C<br />
dichloroacetylene<br />
C<br />
Cl<br />
Cl<br />
Cl<br />
TCE<br />
C=C<br />
Cl<br />
Cl<br />
Cl Cl<br />
H c 1,2 DCE<br />
C=C<br />
H H<br />
Cl H<br />
t 1,2 DCE<br />
C=C<br />
H Cl<br />
C=C<br />
H<br />
Cl<br />
VC<br />
C=C<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
ethene<br />
C=C<br />
H<br />
H<br />
H<br />
ethane<br />
H H<br />
C C<br />
H H<br />
H<br />
Cl C C<br />
chloroacetylene<br />
H<br />
H C C<br />
acetylene<br />
H<br />
After Arnold and Roberts, ES&T, 2000, 34, 1794-1805<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 9
MONITERINGS PARAMETRE RELATERET TIL<br />
DE FORSKELLIGE KEMISKE OG BIOLOGISKE<br />
PROCESSER<br />
Gruppering af parametre Specier <strong>og</strong> enkeltparametre Bemærkning<br />
Chlorerede ethener<br />
PCE,TCE,DCE,VC,ethen <strong>og</strong> ethan<br />
Vand, felt<br />
Generelle proces parametre Redoxpotentiale, pH, temperatur Vand, felt<br />
Redox sensitive parametre<br />
O2,NO3,SO4,Fe,CH4<br />
Vand, felt/lab<br />
S-ISCO relateret Na, SO4, Persulfat, ledningsevne, overfladespænding, (IFT), NVOC Vand, felt/lab<br />
ZVI relateret<br />
Fe, DKP (tracer <strong>og</strong> N/P kilde), Cl<br />
Vand, lab<br />
BIO relateret NVOC , DKP (tracer <strong>og</strong> N/P kilde), Cl Vand, lab<br />
Dehalococcoides Mccartyi (DHC)<br />
Indhold af bakterier relateret til<br />
nedbrydning af de chlorerede ethener<br />
Funktionelle gener (tceA, bvcA, vcrA)<br />
Vand, lab<br />
(Biotraps <strong>og</strong> vandprøver)<br />
Indhold af bakterier relateret til de<br />
generelle <strong>og</strong> dominerende redox<br />
processer<br />
Denitrifikation, jernreduktion, sulfatreduktion, methan<strong>og</strong>enesis,<br />
total bakterieindhold<br />
Vand, lab<br />
(Biotraps)<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 10
GENERELLE PROCES PARAMETRE (1 AF 3)<br />
LEDNINGSEVNE<br />
120,000<br />
100,000<br />
80,000<br />
60,000<br />
40,000<br />
20,000<br />
1st S-ISCO<br />
2nd S-ISCO<br />
ZVI P&T<br />
Ledningsevne<br />
[ µS/cm ]<br />
ZVI/BIO<br />
0<br />
01-01-2009 01-01-2010 01-01-2011 01-01-2012 31-12-2012<br />
Persulfat Persulfat DKP DKP<br />
KB16-1<br />
KB64-1<br />
KB64-2<br />
KB65-1<br />
KB65-2<br />
KB90-1<br />
KB90-2<br />
KB130<br />
KB165-1<br />
KB167-1<br />
KB170-1<br />
KB175-1<br />
KB197<br />
KB198-1<br />
SB7<br />
KB16-1<br />
KB64-1<br />
KB64-2<br />
KB65-1<br />
KB65-2<br />
KB90-1<br />
KB90-2<br />
KB130<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 11
GENERELLE PROCES PARAMETRE<br />
(2 AF 3) pH<br />
13<br />
12<br />
1st S-ISCO<br />
2nd S-ISCO<br />
pH<br />
[ -]<br />
KB16-1<br />
KB64-1<br />
KB64-2<br />
KB65-1<br />
KB65-2<br />
11<br />
KB90-1<br />
KB90-2<br />
10<br />
KB130-1<br />
KB165-1<br />
9<br />
ZVI<br />
P&T<br />
KB167-1<br />
KB170-1<br />
KB175-1<br />
KB197<br />
8<br />
ZVI/BIO<br />
KB198-1<br />
SB7<br />
7<br />
6<br />
5<br />
01-01-2009 01-01-2010 01-01-2011 01-01-2012 31-12-2012<br />
NaOH NaOH pH endnu for høj til BIO<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 12
GENERELLE PROCES PARAMETRE (3 AF 3)<br />
REDOXPOENTIALE<br />
600<br />
Oxidative<br />
processer<br />
500<br />
400<br />
300<br />
1st S-ISCO<br />
2nd S-ISCO<br />
Redoxpotentiale<br />
[ mV ]<br />
KB16-1<br />
KB64-1<br />
200<br />
100<br />
ZVI<br />
P&tT<br />
KB64-2<br />
KB65-1<br />
KB65-2<br />
KB90-1<br />
0<br />
KB90-2<br />
KB130<br />
-100<br />
ZVI/BIO<br />
KB165-1<br />
KB167-1<br />
KB170-1<br />
-200<br />
KB175-1<br />
KB197<br />
Reduktive<br />
processer<br />
-300<br />
-400<br />
-500<br />
KB198-1<br />
SB7<br />
O 2
UDVIKLING AF OMRÅDE MED PCE INDHOLD<br />
STØRRE END 10.0000 (ug/l) I GRUNDVAND<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 14
UDVIKLING AF PCE/TCE/CIS/VC<br />
I GRUNDVAND FØR OG EFTER ZVI/BIO<br />
I AUGUST 2012<br />
APRIL 2012<br />
NOVEMBER 2012<br />
1.000 1.000<br />
1.000<br />
1.000<br />
1.000<br />
1.000<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 15
ÆNDRING I ANTAL MOL CHLOREREDE<br />
ETHENER VED INJEKTION AF ZVI OG SENERE<br />
VED ZVI/BIO<br />
Ændring fra før-><br />
efter ZVI alene i<br />
Nov. 2011<br />
1<br />
Ændring fra før-><br />
efter ZVI/BIO i<br />
Aug. 2012<br />
5<br />
3<br />
KB90-1: 180 – 570<br />
mg-Cl/l<br />
Potential<br />
nedbrydning af PCE<br />
kan være<br />
25-100 kg PCE<br />
baseret på Cl data !<br />
20<br />
10<br />
10<br />
10<br />
1<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 16
umoles<br />
umoles<br />
umoles<br />
umoles<br />
umoles<br />
TOTAL ANTAL MOL CHLOREREDE ETHENER<br />
OG DHC OVER TID EFTER ZVI OG ZVI/BIO<br />
30<br />
KB-198<br />
1400<br />
KB-167<br />
25<br />
20<br />
1200<br />
1000<br />
DHC - 3E4 -> 2E6<br />
15<br />
VC<br />
cDCE<br />
TCE<br />
800<br />
VC<br />
cDCE<br />
PCE<br />
600<br />
TCE<br />
PCE<br />
10<br />
400<br />
5<br />
200<br />
0<br />
1 2 3 4<br />
DHC 3E1 -> 1E4<br />
0<br />
1 2 3 4<br />
4500<br />
KB-90<br />
4000<br />
350<br />
KB-130<br />
3500<br />
300<br />
3000<br />
250<br />
2500<br />
VC<br />
cDCE<br />
200<br />
VC<br />
2000<br />
1500<br />
TCE<br />
PCE<br />
150<br />
cDCE<br />
TCE<br />
PCE<br />
1000<br />
100<br />
500<br />
500<br />
KB-65<br />
50<br />
450<br />
0<br />
1 2 3 4<br />
DHC - 5E1 -> 2E4<br />
PCE<br />
TCE<br />
CIS<br />
VC<br />
DHC - 7E3 -> 2E5<br />
400<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
1 2 3 4<br />
VC<br />
cDCE<br />
TCE<br />
PCE<br />
0<br />
1 2 3 4<br />
DHC - 1E4 -> 2E5<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 17
CHLOREREDE ETHENER OG ETHEN/ETHAN I<br />
HOT-SPOT OMRÅDET EFTER ZVI OG ZVI/BIO<br />
Direkte abiotisk<br />
nedbrydning af PCE <strong>og</strong><br />
biotisk dannelse af DCE<br />
samt etablering af st.<br />
reducerede forhold pga.<br />
ZVI injektion (H + dannelse)<br />
Fuldstændig biol<strong>og</strong>isk<br />
nedbrydning til<br />
ethan/ethan som følge af<br />
højt DHC efter ZVI/BIO<br />
injektion<br />
Direkte abiotisk <strong>og</strong><br />
biol<strong>og</strong>isk nedbrydning af<br />
PCE men pga. fortsat<br />
DNAPL (PCE) opløsning er<br />
PCE nedbrydningen fortsat<br />
mest favorabel for DHC<br />
KB64-1: før<br />
KB64-1: 10 uger efter<br />
KB64-1: 5 mdr efter<br />
KB64-1: 11 mdr. efter<br />
KB65-1: før<br />
KB65-1: 10 uger efter<br />
KB65-1: 5 mdr efter<br />
KB65-1: 11 mdr. efter<br />
KB90-1: før<br />
KB90-1: 10 uger efter<br />
KB90-1: 5 mdr efter<br />
KB90-1: 11 mdr. efter<br />
KB210-1: før<br />
KB210-1: 11 mdr. efter<br />
Forureningssammensætningen i hot spot DNAPL, bund af sekundære<br />
grundvandsmagasin<br />
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%<br />
PCE<br />
TCE<br />
cDCE<br />
tDCE<br />
VC<br />
Ethen<br />
Ethan<br />
11 mdr. efter (Nov. 2012): Ikke påvist: Ilt <strong>og</strong> nitrat Påvist: Fe2,HS,CH4,NVOC,Ethen/Ethan <strong>og</strong> sulfat (10-100 mg/l)<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 18
KONKLUSION<br />
– Systemet er skiftet fra oxideret (S-ISCO) til stærkt reduceret ved injektion af<br />
nulvalent jern (ZVI) alene <strong>og</strong> i kombination med substrat <strong>og</strong> kb-1 kultur (DHC)<br />
– Signifikant effekt af ZVI alene der hurtigt medfører reducerede forhold <strong>og</strong> ”primer”<br />
for efterfølgende BIO, når pH er omkring 7-8<br />
– ZVI effekt<br />
– abiotisk (pce/tce -> ethene/ethane/chlorid), men den primære nedrydningsvej<br />
via acetylen er svær at måle<br />
– biotisk, andre bakterier end dhc aktive pga. h 2 produktion (pce/tce -> cisdce)<br />
– ZVI/BIO effekt<br />
– biol<strong>og</strong>isk (pce -> vc + ethen)<br />
– tilførsel af kb-1 kultur medfører kraftig stigning i dhc/gener <strong>og</strong> vc samt<br />
fuldstændig deklorering<br />
– Monitering på alle enkelt processer vanskelig <strong>og</strong> massebalance svær at opstille<br />
– Der sker nu en fuldstændig nedbrydning via både abiotiske (ZVI) <strong>og</strong> biotiske<br />
(ZVI/BIO) processer<br />
12/03/2013 Vintermøde om jord- <strong>og</strong> grundvandsforurening, 5. – 6. marts 2013 19
Tak for jeres opmærksomhed !<br />
Skuldelev , August 2012.<br />
12/03/2013 <strong>ATV</strong> Vintermøde, 5. – 6. marts 2013 20
Change language