Åtgärder för förorenad mark

Transkript

1 Åtgärder för förorenad mark

2 Vem är Helena? Jag har arbetat med förorenade områden sedan Arbetat på myndighet och som konsult för: Statens geotekniska Institut Golder Associates AB DGE Mark och miljö Dansk Geo serv-ex a/s (DGE, Köpenhamn) ÅF Processdesign Länsstyrelsen i Blekinge Länsstyrelsen i Västra Götaland Geovetare från Göteborgs Universitet Västerås,

3 Moheda 1958 Västerås,

4 Dansjön i Moheda, 1958 Västerås,

5 Åtgärder för förorenad mark Internationell utblick NVs rangordning Åtgärdskategorier Exempel på metoder Relativa kostnader Västerås,

6 Tidslinje introduktion av nya tekniker Love Canal USA USA Superfund Act Tyskland Holland Kanada Danmark Storbritannien Sverige Norge 1980 Urgrävning Inkapsling Pump & Treat Stabilisering Jordtvätt Förbränning Kompostering SVE Air Sparging Biostimulering Bioventilation Bioreaktor MNA Termiska in situ-koncept Kemiska metoder Bioaugmentation Kopierad från Nirás, Johan Helldén Västerås,

7 Rangordning, NV (5978) 1 Destruktion av föroreningar (organiska ämnen) 2 Separation och koncentration av föroreningar till en mindre volym 3 Omvandling av föroreningar till mindre farliga ämnen genom kemiska eller fysikaliska metoder. 4 Fastläggning av föroreningar på kemisk eller fysikalisk väg (ofta i kombination med inneslutning eller deponering), 5 Deponering eller inneslutning av obehandlade föroreningar. Västerås,

8 Lästips, Hållbar sanering 5637 Lästips, Hållbar sanering 5663 Västerås,

9 Destruktion Separation/ koncentration Immobilisering Biologisk nedbrytning Kemisk reduktion Kemisk oxidation Förbränning Porgasextraktion Ånginjektering Flerfasextraktion Termisk desorption Fytoremediering Jordtvätt Pump & treat Schaktning Muddring Deponi Barriär och filterteknik Stabilisering/ solidifiering Vitrifiering Västerås,

10 Biologisk nedbrytning Biologisk nedbrytning On/off site (tex biologisk nedbrytning på deponi) In situ (tex förstärkt naturlig nedbrytning) Biologisk nedbrytning använder mikroorganismer (bakterier och svampar) för att bryta ned föroreningar i ett område De kemikalier som finns i ett förorenat område (kolväten, krom, kobolt, koppar och järn) används i organismernas metabolism Klorerade lösningsmedel, petroleumkolväten, toxiska metaller, explosivämnen och nitrater omvandlas till mindre toxiska ämnen (exv CO 2 och H 2 O från petroleumkolväten eller oxider från metaller) Västerås,

11 Biologisk nedbrytning Tre huvudspår: Naturlig självrening (NS) Biostimulering (exv förstärkt självrening, FS, vid stimulerad reduktiv deklorering) Bioaugmentation Västerås,

12 Naturlig självrening De flesta organiska föroreningar bryts ned naturligt med tid Om föroreningen - inom överskådlig tid - inte utgör något hot mot omgivningen, kan NS vara ett alternativ till mer energiintensiva åtgärdsmetoder Pågående biologisk eller kemisk nedbrytning i acceptabel hastighet är en förutsättning för att metoden skall övervägas. I definitionen av NS ingår även dispersion, utspädning, sorption och förångning En rimlig tidsprognos ( år) samt ett motiverat övervakningsprogram är också nödvändiga för att NS skall kunna tillämpas Plymen får inte expandera Västerås,

13 Ex: naturlig nedbrytning av klorerade lösningsmedel Stegvis nedbrytning av CAH genom reduktiv deklorering i anaerob miljö Klor byts mot e - och väte. En stabil kloridjon bildas PCE TCE cis-1,2-dikloroten (DCE) Vinyl klorid (VC) eten (etylen) PCE: C 2 Cl 4 + 2H + + 2e - C 2 HCl 3 + H + + Cl - H 2 2H + + 2e - Cl - H+ Västerås,

14 Elektronacceptorer Föroreningen tar emot accepterar en elektron. När en klorerad alifat tar upp en elektron (reduceras) konkurrerar den med akvifärens övriga naturliga elektronacceptorer (syre, nitrat, mangan, järn, sulfat och koldioxid). För att nedbrytningen av föroreningen skall vara effektiv måste flertalet av de övriga elektronacceptorerna vara förbrukade först då sker det något väsentligt. Den nödvändiga elektronen kommer från fermentering av en kolkälla (exv. markens org. kol) och via väte Västerås,

15 Naturlig självrening - tillämpning Oxiderande miljö Petroleumkolväten + syre (nitrat etc) nedbrytningsprodukter (CO 2, H 2 O) Reducerande miljö CAH + H 2 nedbrytningsprodukter (CO 2, Etan) Västerås,

16 Fördelar/nackdelar Fördelar, naturlig självrening Verkar in situ Under byggnader Grön metod ingen konsumtion av energi Kräver inga övermarksanläggningar Nackdelar Långa tidsperspektiv tiotals år ( år) Kan skapa mer toxiska nedbrytningsprodukter (exv. VC) Västerås,

17 Biostimulering, ex förstärkt självrening Använder de mikroorganismer som finns på plats och försökar skapa bästa möjliga förutsättningar för dessa att växa till och kunna bryta ned förorening Framför allt petroleumkolväten och klorerade lösningsmedel Injicering av näringsämnen och/eller organiska ämnen (kolkälla) och/eller syre för att stimulera bakteriell tillväxt och nedbrytning av förorening Vid stimulerad reduktiv deklorering skapas reducerande förhållanden genom tillsatsen av kolkälla. Bakteriell fermentation genererar väte och elektroner Kontakt mellan substrat och förorening nödvändig Västerås,

18 Kontakt Camilla Maymann Christensen, Region Sjælland, Denmark DTU, Titel: Reduktiv deklorering som afværgeteknologi i moræneler: Erfaringer og modellering, 2009, Västerås,

19 Fördelar/nackdelar Fördelar, förstärkt självrening Verkar in situ Under byggnad Följer grundvattnet ungefär som föroreningen Grön metod ingen konsumtion av energi, ekologiska substrat melass, laktat Tar inget utrymme, endast installation av injiceringsbrunnar Nackdelar Långa tidsperspektiv månader till år Svårt i finkoriga medier svårt skapa kontakt Stallning och cloggning Kan skapa mer toxiska nedbrytningsprodukter (exv. VC) Reducerande/oxiderande miljöer är nödvändiga beroende av förorening Västerås,

20 Bioaugmentation Tillförsel av främmande mikroorganismer Extraktion och odling av befintliga mikroorganismer, förstärkning av dessa med näringsämnen och därefter återintrodution i det förorenade området När näringsämnena konsumerats dör mikroorganismerna Mikroorganismerna kan ha svårt att anpassa sig till nya omgivningar salinitet, ph, oxiderande/reducerande miljö etc Vanligen använt för behandling av avloppsvatten Västerås,

21 Fördelar/nackdelar Fördelar, bioaugmentation Verkar on/off site eller in situ Under byggnader Grön metod Tar inget utrymme, endast installation av injiceringsbrunnar Nackdelar Långa tidsperspektiv månader till år Mikroorganismer kan ha svårt att anpassa sig till den nya miljön Västerås,

22 In Situ Kemisk Oxidation (ISCO) Injektion i omättad eller mättad zon av starka kemiska oxidanter som oxiderar organiska föroreningar. Slutprodukter CO 2 and H 2 O Vanliga oxidanter: väteperoxid (H 2 O 2 ) katalyserad av järnsalter, kaliumpermanganat (KMnO 4 ), persulfat (S 2 O 8 2 ). Ozon (O 3 ) har använts men mindre frekvent ISCO används mer ofta på källområden jämfört med plymer ISCO är internationellt sett -en välanvänd och mogen teknologi. Vanligen använd i Nordamerika (i Danmark har ca 15 förorenade områden behandlats och i Sverige har ca 10 områden med petroleumkolväten behandlats) Västerås,

23 In Situ Kemisk Oxidation (ISCO) Permanganat, kalium KMnO 4 eller natrium NaMnO 4 : MnO 4 + 2H 2 O + 3e MnO 2(S) + 4OH (fr ph 3.5 to 12) Permanganat oxiderar klorerade lösningsmedel, naftalen och pyren Fungerar dåligt på diesel och tyngre kolväten, ej bensen tex: Trikloreten (TCE) 2 KMnO 4 + C 2 HCl 3 2 CO MnO 2 (s) + 3 Cl - + H K + Västerås,

24 In Situ Kemisk Oxidation (ISCO) Fenton s reagent, tvåvärt järn katalyserar väte peroxid: Fe 2+ + H 2 O 2 Fe 3+ + OH + OH (lågt ph) Hydroxylradikalen oxiderar föroreningar som CAH, petroleumkolväten, SVOC, BTEX och pesticider Den samlade reaktionen (i närvaro av Fe 2+ ): H 2 O 2 + förorening H 2 O + CO 2 + O 2 Radikaler är väldigt starka oxidanter och reaktionerna sker snabbt. Reaktionerna är exotermiska Västerås,

25 In Situ Kemisk Oxidation (ISCO) Persulfat används i formen peroxydisulfate (S 2 O 8 2 ) och kallas vanligen persulfatjon Värme, ultraviolett ljus, högt ph, väteperoxid eller övergångsmetaller (tvåvärt eller nollvärt järn) aktiverar persulfatjonen och genererar sulfat radikaler, SO 4 - Ny teknik Ozon (O 3 ) är en gas och injiceras i motsats till övriga oxidanter, underifrån föroreningen Ozon är en stark oxidant som också snabbt reagerar med olika mineral och organiskt material Ozon måste skapas separat vilket kräver stora mängder energi Används till BTEX och CAH Västerås,

26 Persulfatjon (S 2 O 8 2 ) Klorerade lösningsmedel PCE, TCE, DCE TCA, DCA Vinylllorid Koltetraklorid Kloroform Kloretan Klormetan Diklorpropan Triklorpropan Metylklorid TPH BTEX, GRO, DRO, ORO, kreosot Oxider MTBE TBA Klorbenzener Klorbenzen Diklorbenzen Trilorobenzen Fenoler Fenol Pentaklorfenol Nitrofenol PAHer Antrazen, benzopyren, styren, naftalen, pyren, krysen, trimetylbensen Västerås,

27 ISCO - Tillämpning En stark oxidant reagerar fort men försvinner också fort och måste fyllas på. Önskar man att den skall finnas kvar under längre tid eller driva med gv så väljer man en som inte reagerar fullt så fort Västerås,

28 Fördelar, in situ kemisk oxidation Verkar in situ Fördelar/nackdelar Följer grundvattnet ungefär som föroreningen Behandlar både källa och spridningsplym Kort tidsperspektiv minuter till månader Stabila medel (exv) permanganat diffunderar in i matrix och behandlar även detta Nackdelar Kontakt är nödvändig Exoterma reaktioner värme och gas Inledningsvis ett ökat utläckage av förorening (förändrad markstruktur, ox av org. material - desorption) Biprodukter MnO 2 and SO 4 2- Metaller kan mobiliseras inom behandlingsområdet pga av förändrat redox eller ph Oxiderar organiskt material, påverkar biologska processer, soil functions Västerås,

29 Principles BTEX och MTBE behandlad med persulfat Västerås,

30 Från Carus Remediation Technologies NR = Not recommendable Västerås,

31 Flerfasextraktion Multiphase extration, dual phase, extraction, bioslurping Samtidig extraktion av porgas, vatten och förorening (fri fas och residual) via kraftigt vakuum. En kombination av pumpning/behandling och porgasextraktion Där grundvattnet avsänkts strömmar nu porgas som ytterligare hjälper till att extrahera förorening ur nyexponerad jord. Samtidig sanering av jord, grundvatten och smear-zone Föroreningarna extraheras ur formationen genom ett vakuumsystem, som är anslutet till en separator för avskiljning av lösningsmedel samt behandlingsenheter för vatten och gas Västerås,

32 Från CLU-In, EPA Multi-Phase Extraction: State-of-the-Practice, 1999 Västerås,

33 Behandling eller förbränning av gas Mix av vätska och gas Uppsamling Uppsamling av förorening Separering av olja och vatten Kvittblivning eller behandling av av vatten Extraktionsbrunn Västerås,

34 Flerfasextraktion Metoden är särskilt effektiv mot lösningsmedel som finns i eller nära den kapillära zonen. För djupare belägna föroreningar har metoden stora begränsningar Extraherade gaser och uppumpat vatten behandlas på liknande sätt som vid porgasextraktion respektive pumpning och behandling Används för alla kolväten, inklusive CAH samt fri fas Avser att reducera föroreningsmassa och därefter underlätta för naturlig nedbrytning Fungerar bäst i högpermeabla, relativt homogena material men kan fungera i mindre genomsläppliga material Västerås,

35 Fördelar, flerfasextraktion Verkar in situ Fördelar/nackdelar Möjlig under byggnader ingen urgrävning Fungerar bäst vid ytliga föroreningar i kapillärzonen Längre tidsperspektiv år, dock kortare behandlingstid jämfört med andra pump/sug-system Nackdelar Kräver en del installationer, reningssteg etc men befintliga grundvattenrör kan ibland användas Klarar inte så djupa föroreningar Svårt med heterogen geologi och finkorniga geologiska skikt Inkörningsperiod och justering av vakuumsystemet kan ta längre tid jämfört med liknande metoder Västerås,

36 Termisk sanering I princip finns två olika tekniker: Termisk konduktiv uppvärmning eller ISTD (In situ thermal desorption) där uppvärmning sker via nedsänkta värmeelement och termisk konduktivitet avgör fördelningen av värmen. Klorerade lösningsmedel som exempel övergår i gasfas som samlas upp genom vakuumextraktion. Luften renas med aktivt kol ERH (Electrical resistance heating) där värmen tillförs genom elektroder i marken och jordens naturliga elektriska konduktivitet utnyttjas för fördelning i marken. Som vid ISTD samlas ångor upp och renas med aktivt kol Västerås,

37 Kopierade bilder från ppt-presentation av Krϋger Västerås,

38 Termisk konduktiv sanering Det förorenade området värms upp till ca 100 grader, om omättad zon så kokas ca 30 % av porvattnet bort Semivolatila och volatila organiska föroreningar drivs från att ha varit adsorberade till jord eller lösta i vatten till att övergå i gasfas. Kan behandla alla organiska föroreningar Gaserna samlas upp och renas Uppvärmningen görs via termisk konduktivitet som varierar väldigt lite beroende på geologi. Metoden påverkas därför mycket lite av geologiska heterogeniteter Kan användas i lågpermeabla avlagringar och berg Åtminstone fyra platser i Danmark behandlade Västerås,

39 Kopierad bild från ppt-presentaton av TerraTherm, Inc. Västerås,

40 Västerås,

41 Bild från Krϋger Västerås,

42 Fördelar/nackdelar Fördelar, termisk konduktiv sanering Verkar in situ Möjlig under byggnader ingen urgrävning Kan fungera både i mättad och omättad zon (men vatten kostar mer) Kan appliceras på djupa föroreningar Kort tidsperspektiv månader Behandlar hela volymen begränsat med restföroreningar Nackdelar Högt energiförbruk under själva saneringen (enligt CLU-In utgör energiförbruket 10-30% av den totala kostnaden) Kan ge sättningar Dioxin och furaner? Viss debatt har förekommit om metoden kan ge upphov till dioxiner och furaner Västerås,

43 Jordtvätt Fysiska och kemiska processer som reducerar volymen förorenad jord och mängden jord som måste deponeras De mest förorenade partiklarna - oftast finpartiklarna - separeras från övrig jord Separationen görs fysiskt via harpning/siktning och kemiskt via vatten och kemikalier Finfraktionen och de utseparerade föroreningarna lämnas till deponi ibland med ett förbehandlingssteg Foto: DEC, Belgium Västerås,

44 Jordtvätt Förenklat schema över processerna Screening /sifting gravimetric separation flotation - sedimentation Västerås,

45 Jordtvätt Separation av grövre fraktion från sandig fraktion Foto: Elze-Lia Visser-Westerweele Västerås,

46 Jordtvätt Etablerad teknik, stationära eller mobila anläggningar Renade fraktionen ofta >70-80 % av originalmängden Passar sandiga och grusiga jordar med lera- och siltfraktion som understiger % av jorden Behandlar PAH, tyngre oljor, cyanider och tungmetaller Foto från SVEVIA Västerås,

47 Fördelar/nackdelar Fördelar, jordtvätt On site/off site Merparten av jorden kan återanvändas Låg total kostnad inga transporter och inget ersättningsmaterial Låg energikonsumption Små mängder kemikalier Inorganiska och organiska föroreningar Nackdelar Silt och lera svårbehandlad På grund av ph-justeringar kan jordens lakegenskaper förändras Koncentratet måste omhändertas Urgrävning nödvändig Västerås,

48 Stabilisering/solidifiering (S/S) Stabilisering tillförsel av ett stabiliserings- eller bindemedel (ofta cementbaserat) till förorenad jord, slam eller sediment. Föroreningarna fastläggs i en mer stabil form (kemisk fixering) som begränsar deras mobilitet eller tillgänglighet Stabilisering och solidifiering av förorenade muddermassor, Information20, SGI 2011 S/S of a tar lagoon in France (Foto from CLAIRE GB1) Solidifiering tillförsel av ett stabiliseringsmedel till förorenad jord, slam eller sediment. Föroreningarna fastläggs i en tät matris som är mer fysiskt stabil (solid). Genom att vattengenomströmningen begränsas minskas utlakningen Västerås,

49 Stabilisering/solidifiering (S/S) In situ utan föregående urgrävning Ex situ förorenad jord grävs upp och mixas till slurry. Jorden kan återanvändas på platsen, på andra platser eller kan användas som konstruktionsmaterial på deponi, alt. deponeras med förbättrade lakegenskaper Behandlar tungmetaller, PCB och dioxiner Västerås,

50 Stabilisering/solidifiering Olika additiv: Inorganiska: bentonit, cement, kalk, silikater, sulfat Organiska: bitumen, formaldehyd, urea Avgörande faktorer för stabilisering/solidifiering: - Förorening (mest metaller) - Klimat - Kornstorleksfördelning - Organiskt innehåll - Komplexbindningar - Redox - Permeabilitet - Grundvattennivåer Västerås,

51 Fördelar/nackdelar Fördelar, stabilisering/solidifiering Verkar in situ eller ex situ Moderat energiåtgång Förhållandevis kort tidsperspektiv veckor Jordens fysiska egenskaper ofta förbättrade Nackdelar Tar varken bort eller förstör föroreningarna Svårt förutse långtidseffekter (frostfritt ect) Volymen kan öka Västerås,

52 Remediation Technology Costs in the UK & Europe; Drivers and Changes from 2001 to MIKE SUMMERSGILL SEnSe Associates LLP, UK Relativa kostnader, (Europa) Västerås,

53 År Remediation Technology Costs in the UK & Europe; Drivers and Changes from 2001 to MIKE SUMMERSGILL SEnSe Associates LLP, UK Västerås,