Jan Nilsen Sweco Karlstad. Biosparging Preem, Oljehamnen Karlstad.

Transkript

1 Jan Nilsen Sweco Karlstad. Biosparging Preem, Oljehamnen Karlstad. 1

2 Oljehamnen Preem Biospargingområde Biospargingtest 2

3 Övervakning i oljehamnen Karlstad 2004: 18 rör (randzonen). Analys av olje- och redox parametrar samt fysikalisk kemiska parametrar 2006: 2 rör (randzonen) 2007:5 rör (källområdet) 2008: 5 rör (källområdet) Provtagning även utförd 2009 och påbörjades övervakad naturlig nedbrytning i Preem påbörjades biosparging i Preem 1 Phytosanering har pågått sedan ett antal år i Preem 2 3

4 Tidigare undersökningar av olja i jord 1997 undersöktes området. Analyserat med IR (opolära alifater) Höga halter av olja konstaterad i det norra aktiva området. I den södra delen, som tagits ur drift, var halterna betydligt lägre 4

5 Föroreningssituationen (GW) i Karlstads oljehamn 2009 alifater>c5-c12 alifater>c12-c35 aromater >C8-C10 aromater >C10-C16 bensen toluen etylbensen xylen Det norra källområdet har kraftig förorening av alla parametrar, i söder måttlig föroreningsnivå. 5

6 Redoxförhållanden i Karlstads oljehamn 2009 Metan Fe 2+ Mn 2+ NO - 3 SO 4 2+ O 2 Redox Redoxindex 6

7 Vad har gjorts Kontroll av genomsläpplighet (CPT-sondering) Test av biosparging (inblåsning av luft) Pilottest biosparging Fullskala biosparging Oljekarakterisering Kartering för avgränsning av förorening (fältanalyser, labanalyser) Nedbrytningstest (labtest) Dessutom har det i oljehamnen utförts (åt Vänerhamn): Modflow modellering av grundvattenflöden Riskbedömning med framtagande av förslag till platsspecifika riktvärden För Preem har det utförts en riskvärdering och tagits fram förslag till mätbara åtgärdsmål på basis av riskbedömningen 7

8 Sondering med CPT (Cone Penetration Test) 8

9 Testanläggning för biospargingtest Preem 1 9

10 Redox över tid i observationsrör 10

11 Grundvattennivå över tid i observationsrör 11

12 Konstaterad luft i observationsrör 12

13 Syrehalt över tid i observationsrör 13

14 Omfattning av borrningar t.o.m. sektion E Varje sektion (120 m lång) består av 12 st biospargingrör samt en rad med 6 dubbla rör (filter över gv ytan resp ök 1 m under gvy) 6 m framför biospargingrör samt en motsvarande rad 12 m framför biospargingrören. Fr.o.m. sektion C, 6 st jordprovtagningar 6 m framför (prov my gvy samt gvy stopp förorening) Upprepas vid avslut aktuell sektion. 14

15 Sanering Vi har sanerat inom hela området som sektionerna B-E täcker. C-C biospargingrör 10 m. Avstånd mellan sektioner 18 m. Resultat i GV mycket bra Kraftigare förorening finns inom skrafferade områden Inom ett område vid E5J har det utförts en sanering med dels större täthet mellan biospargingspetsar (c-c 5 m) dels så har det tillsats närsalter (kväve och fosfor). Resultatet mycket bra. 15

16 Specifik kapacitet för luft Luftflödet i m 3 /h dividerat med mottrycket (m.vp.) Ger relativt bra bild av variationen för genomsläppligheten i marken. För de bästa spetsarna är det dock missvisande då de stryps. 16

17 Sanering grundvatten, resultat Alla grundvattenanalyser i sektion B-E har godkända nivåer efter sanering. I tabellen redovisas de mest förorenade rören % reningsgrad har erhållits. I B6 uttogs prov drygt ett halvår efter att saneringen upphört i den sektionen. Alla halter < rapporteringsgräns. 17

18 Sanering jord, resultat Medelhalt TIC före = ca 3500 mg/kg TS, Medelhalt TIC efter = ca 88 mg/kg TS ca 3400 mg/kg TS har brutits ner på 60 dagar nedbrytningshastighet ca 60 mg/kg TS och dag. Tillsats av ca 320 kg kväve (som N) och 170 kg fosfor (som P) 18

19 Biosparging Preem Sanering 2011 Sektion E september 2009 Sektion D maj 2009 Sektion C november biospargingspetsar Start sektion B juli

20 Kartering av föroreningshalt Kartering i rutnät 10x10 m 0-1 m (ovan gvy) samt 1-3 m (under gvy), d.v.s. alla punkter med plopp GV rör i sekt 1010, 1030 Fältanalys Oljepanna Fältanalys Ecoprobe Vissa jordprov (ca 100 st, ung jämt fördelat över/under gvy) har analyserats på lab(oj21a+tic) Vissa GV-prov (40 st) har analyserats på lab (OV21a+TIC) 20

21 Fältmätning med oljepanna OP 0-1 m OP 1-3 m 21

22 Fältmätning med PID PID 0-1 m PID 1-3 m 22

23 Fältmätning med IR (TP (total petroleum)-metan) IR 0-1 m IR 1-3 m 23

24 Halter i jord jfr. RV Xylen 0-1 m (Vänster) Aromat C8- C m (höger) RV fri fas RV H+B RV Mark RV YV <RV Xylen 1-3 m (Vänster) Aromat C8- C m (höger) 24

25 Oljepanna, Ecoprobe, PID vs labanalys 25

26 Pågående nedbrytningstest, resultat N = naftalen Nedbrytningstest har utförts vid Bioclear i Holland. Resultatet (GC-FID) säger att de lättare fraktionerna snabbt bryts ner medan tyngre komponenter är svårare att bryta ner. Vad som är viktigt att komma ihåg är att testet sker på lab under optimala betingelser. Erfarenhet säger att nedbrytningen kommer att sakta ner över tid. Anmärkningsvärt är att GC-FID och TIC ger olika resultat. Enligt svenska normer är resultatet mycket bra efter 42 dagar (GC-MS SPIMFAB), även GC-MS TIC ger samma resultat medan GC-FID anger att de lättare fraktionerna är OK medan tyngre endast bryts ner ca 40 %. CO 2 produktionen upphör efter 21 d Bioclear hävdar att GC-FID bör vara rätt. 26

27 Biologiskt (aerobt) nedbrytningstest Jord och vatten blandas till en 40 % slurry och incuberad i glasflaskor. N&P justeras. Luftning av headspace, uppföljning av CO 2 produktion (nedbrytningsprodukt, indikerar även behov av luftning). Vid analys, extraktion av innehållet i en flaska. 27

28 Kromatogram för C1S1 C4S1 (GC-MS TIC) C1S1 är ursprungshalt, C2S1 är halt efter 21 dagar, C3S1 är halt efter 42 dagar och C4S1 är halt efter 70 dagar. Röd referenslinje = i abundance C1S1 C3S1 GC-MS TIC förefaller vara korrekt, nästan allt nedbrutet efter 42 dagar C2S1 C4S1 28

29 Oljekarakterisering OK1 OK4 Oljekarakterisering är ett nytt sätt att analysera en oljas karaktär. Bl.a. så ges svar på hur stor andel som är lättlöslig respektive svårlöslig i vatten och luft, hur snabbt oljan bryts ner samt hur stor andel som kan brytas ner (aerobt och anaerobt), löslighet (jämvikt) mm Svaren kan vara till hjälp när åtgärdsmetod skall väljas. 29

30 Resultat OK1 OK4 4 st OK har utförts. Störst skillnad mellan OK2 (lossning från järnväg (bensin, diesel, EO) och OK3 (EO5). OK2 har störst löslighet i vatten och luft, OK3 minst. Aerob nedbrytning sker snabbt för 54 % i OK2, 26 % i OK3, jämviktskoncentration av olja i vatten är 52,2 mg/l i OK2, 8,6 mg/l i OK3. 30

31 Biosparging Preem Start i juli 2008 med test, pilottest och sanering i full skala Stopp vintertid p.g.a. Frysning i ledningar Vid stopp vinter 2009 var 4. sektionen i drift, ca 1 ha hade behandlats. Våren 2011, upphandling av entreprenör (NCC Kruger) för sanering av resterande yta inom Preem 2 (ca 3 ha). Projektering har precis startat Uppskattad kostnad ca 5 mkr, ca 1/3 av total kostnad för schaktsanering enligt Preems bedömning. 31

32 Utplacering av biospargingspetsar Biospargingspetsarna skall placeras ut runt noderna i provtagningsrutnätet. Inom områden med jordförorening gäller c-c 5 m mellan spetsar Inom områden med grundvattenförorening gäller c-c 10 m mellan spetsar Totalt krävs det ca 560 biospargingspetsar om saneringen skall utföras enlig föregående OH För gränsskyddet krävs det 40 spetsar Befintliga GV rör i punkter markerade med stora cirklar. 32

33 Ungefärlig utbredning av förorening Röda området TIC>5000 mg/kg TS (0-1 m) Magenta området (delvis täckt av röda) TIC>5000 mg/kg TS (1-3 m) Blåa området TIC> 5000 µg/l Gröngula området, sanerat med biosparging Gula området, jordförorening sanerat med biosparging Gröna området, Gränsskydd, kan bestå av en permanent biospargingridå för att förhindra återkontaminering. Alternativ är spont mm. 33

34 Beräknad mängd N & P TIC = ca 290 ton C:N:P 250:10:5 N =12 ton NH 4 NO 3 = 34 ton P =6 ton Na 5 P 3 O 10 = 24 ton C:N:P 100:10:1 N = 29 ton NH 4 NO 3 = 83 ton P =3 ton Na 5 P 3 O 10 = 12 ton 34

35 Driftsätt, princip Vid drift skall en blåsmaskin anslutas till 4 stammar. Blåsmaskinen skall gå kontinuerlig. Totalt rör det sig om ca 560 biospargingspetsar. Varje spets skall förses med 5 10 Nm 3 /h och flödet skall kunna mätas och regleras separat för varje spets Slut biosparging Stammarna skall tillföras luft i cyklar (1 tidsenhet drift, 3 tidsenheter vila) 35

36 Nedbrytning av olja Olja består av alifater och aromater Riskbedömning baseras på de olika fraktionerna som framkommer från GC- MS analysen som framtagits bl.a. av SPIMFAB Vad sker på vägen? Vilka dotterprodukter finns? Hur påverkar anaerob/aerob nedbrytning? Vad vet vi om de olika dotterprodukternas farlighet? Kan dotterprodukter vara farligare/ställa till större besvär än moderprodukterna? Nedbrytning sker till koldioxid och vatten? 36

37 Vilka faktorer påverkar nedbrytning av olja? Redoxförhållandena på plats påverkar nedbrytningen. Det talas ofta om redox-stegen där det mest gynnsamma steget är aeroba (syrerika) förhållanden. Under aeroba förhållanden kan bakterierna tillgodogöra sig mest energi vid nedbrytningen av olja. När syret förbrukats kommer anaeroba processer att spela roll. Olika elektronacceptorer används i följande ordning (nitrat, sulfat, järn, mangan och kolsyra) Vilka bakterier som är verksamma beror på (olje-)föroreningens sammansättning och vilka redoxsteg som förekommer. 37

38 Förhållanden TIC/GC-MS SPIMFAB TIC ger normalt en högre halt än GC-MS SPIMFAB (summa av alifater och aromater) BTEX och PAH analyseras i GC-MS SPIMFAB specifikt. TIC är ca 6,1+ 8,7 ggr GC-MS SPIMFAB exkl BTEX och PAH som medel för 43 grundvattenprover i Karlstads oljehamn. Variationen är stor. För 9 jordprov är förhållandet 3,3+0,9 Ett förhållande 3 5 ggr är sannolikt. Vad innebär detta? Vad missar vi? 38

39 Återkontamineringsrisk? Området strax söder om Oljegatan samt området väster om Preem 1 är aktiva depåområden. Speciellt i väster är det mycket förorening (bensincisterner). För att förhindra återkontaminering diskuteras avskärmning (spont, ridå med biospargingspetsar el. liknande.) Modflowmodellering föreslås som hjälp för utformning och utsträckning av avskärmning 39