Monitering, modellering og miljøvurdering af fuldskala afværge af TCE fourening ved stimuleret reduktiv deklorering

På Sortebrovej 26 i Tommerup blev der i 2006 gennemført afværgeforanstaltninger ved stimuleret reduktiv deklorering (SRD) ved injektion af donor og bakterier i kildeområdet med henblik på at oprense en forurening med TCE. Kildeområdet befinder sig 10-20 m u. t. i sandet og opsprækket moræneler. Forløbet af oprensningen er vurderet på baggrund af resultater fra 4½ års monitering på grundvandsprøver udtaget fra filtersatte boringer i kildeområdet.

Da der kun findes et meget begrænset kendskab til sammenhængene mellem udviklingen i vandfasen fra sandslirer og sprækker i moræneleren og oprensningen af lermatrix, er der sideløbende med moniteringen gennemført et udviklingsprojekt, hvor effektiviteten af oprensningen i moræneleren er blevet undersøgt.

I udviklingsprojektet er desuden opstillet en model, der beskriver sammenhængen mellem massefjernelse i moræneleren og reduktion i koncentrationer/flux i et nedstrøms beliggende magasin, ligesom tidshorisonter for oprensningen er vurderet. I udviklingsprojektet indgår endvidere en livscyklusvurdering for oprensningen.

Moniteringen på vandprøver fra sandslirer og sprækker i moræneleren viser 4½ år efter, at donor og bakterier blev injiceret i kildeområdet, at redoxforholdene er kraftigt reducerede (sulfatreducerende til methanogene forhold), at der fortsat findes et højt indhold af specifikke nedbrydere, samt at der stadig forekommer indhold af fede syrer, om end koncentrationen nu er reduceret til et beskedent niveau.

Der er således fortsat gunstige forhold for nedbrydning af de klorerede ethener ved reduktiv deklorering. Der ses da også en klar dominans af nedbrydningsprodukterne DCE og VC samt ethen og ethan i grundvandet. I nogle boringer, ses dog en stagnerende omsætning af TCE og DCE i grundvandet. Årsagen her til kan være, at donoren lokalt er ved at være opbrugt.

Injektion af donor og bakterier blev foretaget via filtersatte boringer i moræneler med indlejrede sandslirer i dybdeintervallet 10-20 m u. t. Ved undersøgelsen af kerneprøver fra kildeområdet er der observeret nedbrydning i og omkring indlejrede sandslirer i moræneleren samt tilstedeværelse af Dhc og vcrA i smalle zoner omkring sandslirer.

I kerneprøver fra dybdeintervallet 13-15 m u. t. ved boring B368-B370 er det over-ordnede indtryk, at der er sket en betydelig forøgelse af nedbrydningen over de seneste 2 år og den vægtede gennemsnitlige dekloreringsgrad (34 %) er da også fordoblet fra 2008 til 2010. Der er observeret zoner med betydelig omsætning af TCE, hvor cis-DCE dominerer, og der ses generelt VC og ethen centralt i disse zoner.

Koncentrationsniveauet af fermenteringsprodukter er aftaget og består ved en sandslire (B370 K1) alene af acetat og methan, hvilket kan være indikation på, at donor er ved at være begrænsende for nedbrydningen af TCE. I det nedre dybdeinterval (16-18 m u. t.) er der ikke sket væsentlig nedbrydning over de 4 år, og dekloreringsgraden er generelt meget beskeden (vægtet gennemsnit på 5 %).

Der træffes ikke fermenterings-produkter eller methan, hvorfor der næppe er donor tilstede. Kerneprøver fra området ved B371 viser, at der sket mere omfattende nedbrydning i dybdeintervallet 13,8 – 16,6 m u. t.; det vægtede gennemsnit for dekloreringsgrad er48 % med en maksimal dekloreringsgrad på 92 %.

Resultaterne indikerer, at VC ikke ophobes i matrix, men omsættes videre relativt hurtigt. I den nederste kerne (dybde-interval 16,7-17,2 m u. t.) er der ikke sket væsentlig nedbrydning. Her ligger total- koncentrationen af klorerede ethener omkring 40-60 μmol/kg, mens totalkoncentra-tionen i dybdeintervallet 13,8 – 16,6 m u. t. generelt er mindre end 5 μmol/kg.

Det er vanskeligt at vurdere, hvor lang tid det vil tage at opnå en tilstrækkelig udvikling af reaktionszoner i den øvre del af moræneleren, der sikrer en oprensning af matrix, og om der er tilstrækkelig donor til rådighed herfor. Hvis det er muligt at re-injicere donor med tættere vertikal frekvens, vil det formentlig give en hurtigere oprensning.

I den nederste mest faste moræneler vil det være nødvendigt at benytte en anden injektionsmetode, som giver større sikkerhed for en tilstrækkelig spredning af donor og bakterier, for at opnå TCE nedbrydning. Der er foretaget en overordnet modellering af grundvandsstrømingen i lokalområdet omkring Sortebrovej og Tommerup Vandværk.

Modelresultaterne viste, at forureningen på Sortebrovej kun udgør en trussel for vandværket ved høje indvindingsrater. Grundet manglende detaljerede data om indvindingens størrelse og variation samt usikkerheder omkring grundvandspotentialet, var der dog ikke grundlag for at give en endelig risikovurdering for lokaliteten.

I den videre modellering af oprensningsforløbet blev det antaget, at forureningen strømmer til Tommerup Vandværk (worst case antagelse). Modelberegningerne viste, at uden afværge af lokaliteten vil det tage op imod 700 år, før forureningen blev udvasket fra kildeområdet, og at denne udvaskning vil medføre, at grundvands-kvalitetskriteriet på 1 μg TCE/l vil være overskredet i et kontrolpunkt 100 m nedstrøms i det primære magasin i en meget lang periode (ca. 800 år).

Grundet fortynding med uforurenet grundvand, vil det indvundne vand på Tommerup Vandværk dog ikke overskride kvalitetskriteriet, men maksimalt nå op på 0,35 μg TCE/l. Der er simuleret to oprensningsscenarier for stimuleret reduktiv deklorering. Dels et best case scenarium, hvor mikrobiel nedbrydning sker i hele lermatricen og dels et realistisk scenarium, hvor nedbrydning kun sker i 10 cm reaktionszoner omkring højpermeable indslag (sandslirer og -linser) i moræneleren.

De forventede oprens-ningstider beregnet med modellen er henholdsvis 35 og 170 år for best case og realistic case scenariet. Der er desuden foretaget en mere detaljeret modellering af den reduktive deklorering i lermatrix for området omkring B368-B370. Herudfra er det fundet, at der overordnet set er god overensstemmelse mellem modelresultater og moniteringsresultater fra kerneprøverne, når der i modellen antages, at nedbrydning kun sker i smalle reaktionszoner omkring sandslirerne.

Desuden viser denne modellering, at det tilsatte substrat kan forventes opbrugt 6-8 år efter tilsætning. Der er desuden foretaget en livscyklusvurdering af tre oprensningsstrategier for Sortebrovej: (1) ingen oprensning, kun monitering, (2) oprensning med SRD og (3) oprensning med kemisk oxidation (ISCO) med kaliumpermanganat.

For SRD og ISCO er der med modellen regnet på oprensningstider for henholdsvis et best case scenarium (nedbrydning i hele matrix) og et realistic case scenarium (nedbrydning i 10 cm zoner). Med ISCO sker oprensningen betydeligt hurtigere end med SRD. Til gengæld viser livscyklusvurderingen, at denne teknik skaber store miljøeffekter opstrøms i systemet, nemlig under produktionen af kaliumpermanganat.

De opgjorte miljøeffekter for ISCO bliver derfor op til 30 gange større end for SRD. Ud fra livscyklusvurderingen kan det derfor konkluderes, at SRD er et miljømæssigt bedre valg til afværge på Sortebrovej end ISCO. Grundet dannelsen af vinylklorid er der dog risiko for at SRD samlet set giver en større toksisk påvirkning af grundvandet, end hvis der ikke foretages en oprensning.

Dette peger på, at den samlede gevinst ved oprensning af lokaliteten ved hjælp af SRD er lille.