KarakteriseringKarakterisering ogog masseestimeringmasseestimering i i DNAPL DNAPL kildeomrkildeområåderder

Ida V. Jørgensen, Mette M. Broholm og Poul L. Bjerg

Oversigt for prOversigt for prææsentationsentation

Metoder til karakterisering af DNAPL kildeområderOversigt over metoderKort enkeltvis gennemgangVurdering

Masseestimering i DNAPL kildeområderMetode til estimeringEksempelVurdering

Oversigt Oversigt ––karakteriseringsmetoderkarakteriseringsmetoder

Direkte metoder Indirekte metoder Observation af DNAPL: Sammenligning ud fra analyser:

� Jord � i vand/vandprøver fra filtersatte boringer og lignende � Vand

� i jordprøver/kerneprøver � Poreluft

Hydrofob farvetest (primært Sudan IV) 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.

Foto: NIRAS, 2005. Notat –Frederiksborg Amt – Vestergade 5, Skuldelev – Handlingsplan.

Eksempel på oppumpet DNAPL

Hydrofob farvetest – Sudan IV

•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 somfarver DNAPL kongeblå, men der er ikke fundet eksempler på brug af denne i litteraturen.

Direkte metoder Karakteristika Diskretisering Potentiale Hydrofob farvetest (primært Sudan IV)

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.

Foto: NIRASPåvisning af DNAPL i venstre prøve

Foto: ORBICON

Påvisning af DNAPL i de to midterste, prøver

”Terning” med Sudan IV

Sudan IV testkit ”egen” Sudan IV tilsætning

Hydrofobe fleksible membraner

•Der findes også såkaldt core strip test, hvor materialet med den hydrofobe farve bruges påborekerner i stedet for i et borehul.

Direkte metoder Karakteristika Diskretisering Potentiale Hydrofobe fleksible membraner

Membraner med hydrofob farve trykkes ud mod kanten af borehul.

Kontinuert over dybden i borehullet.

Mange eksempler på påvisning af DNAPL. Metoden kan vise vertikal fordeling af DNAPL i borehul. Kvalitativ.

Foto: NIRAS, 2005. Notat –Frederiksborg Amt – Vestergade 5, Skuldelev . Vurdering samt afværge af fri fase ved boring KB 15

Membran med farvereaktion

- Påvisning af DNAPL

Videokamerametoder

•For nyligt har været test under feltforhold af kombination med hydrofob farve, men i litteraturstudiet er ikke fundet feltdokumentation for resultat.

Direkte metoder Karakteristika Diskretisering Potentiale Videokamerametoder � Optisk televiewer � In situ kamera - GeoVis

Optager billede ned gennem jorden (borehul eller direct push) ved brug af meget lille videokamera på en sonde.

Relativt kontinuert over dybden i borehullet.

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.

Laser Induced Fluorescense (LIF)

Direkte metoder Karakteristika Diskretisering Potentiale Laser Induced fluorescence (LIF)

Direct push metode. Påviser fluorescerende stoffer, mange DNAPL fluorescerer ikke, men kan påvises i blanding med fluorescerende stoffer.

Relativt kontinuert over dybden.

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

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 Rn- koncentration.

PITT viser relativt ”integreret” over det område der gennemstrømmes i testen, men ikke umiddelbart præcis hvor evt. DNAPL er placeret. Rn er punktmåling.

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. Rn-metoden 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 analyseIndirekte 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. (ligevægts-princip).

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)

•Flere metoder minder om MIP, men kun fundet omtalt meget begrænset.

Indirekte metoder Karakteristika Diskretisering Potentiale Membrane Interface Probe (MIP)

Direct push metode. Måler koncentration af flygtige organiske stoffer (VOC), høje udslag kan indikere DNAPL.

Kan være kontinuert over dybden.

Flere nylige anvendelser og korrelation til andre metoder. Ofte gode resultater med MIP som screeningsmetoder og efterfølgende udtagning af jordprøver mv.

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).

Temperatur og ledningsevne

Detektorudslag FID, PID og DELCD

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.

Udsnit fra reflektionsseismikForskellige geofysiske metoder i borehul (naturlig gamma, ledningsevne, temperatur, induktion, resistivitet, densitet).

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 Indirekte metoder Observation af DNAPL: Sammenligning ud fra analyser:

� Jord � i vand/vandprøver fra filtersatte boringer og lignende � Vand

� i jordprøver/kerneprøver � Poreluft

Hydrofob farvetest (primært Sudan IV) Membrane Interface Probe (MIP)

Hydrofobe fleksible membraner Geofysiske metoder Videokamerametoder:

� Optisk televiewer � In situ kamera - GeoVis

Laser Induced fluorescence (LIF) Raman spectroscopy Partitioning tracers test:

� PITT (partitioning interwell tracer test)

� Naturligt forekommende radon

Flere gult markerede metoder (f.eks. naturligt forekommende radon) skyldes at de ikke er fundet sågennemtestede 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

2) KonceptmodellerBeskrive mulige koncepter for

forureningsudbredelsen

1) DNAPL vurdering (inkl. regneark)Bestemme om der er DNAPL,

og evt. type og mætning

3) Masseestimering Udregning af forureningsmasse i området,

herunder massen af DNAPL.

Grafer/tabellerGrænse for om der er DNAPL under

forskellige forhold

2) KonceptmodellerBeskrive mulige koncepter for

forureningsudbredelsen

1) DNAPL vurdering (inkl. regneark)Bestemme om der er DNAPL,

og evt. type og mætning

3) Masseestimering Udregning af forureningsmasse i området,

herunder massen af DNAPL.

Grafer/tabellerGrænse for om der er DNAPL under

forskellige forhold

DNAPL vurdering

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

Eksempel:Fasefordeling af PCE

Parametre foc ( - ) ρ ρ ρ ρ (kg/L) θ θ θ θ ( - )

Sand 0,001 2,65 0,35 S (mg/L) ρρρρDNAPL (kg/L) Log KOW

PCE 240 1,63 2,88

Masseestimering

2) KonceptmodellerBeskrive mulige koncepter for

forureningsudbredelsen

1) DNAPL vurdering (inkl. regneark)Bestemme om der er DNAPL,

og evt. type og mætning

3) Masseestimering Udregning af forureningsmasse i området,

herunder massen af DNAPL.

Grafer/tabellerGrænse for om der er DNAPL under

forskellige forhold

2) KonceptmodellerBeskrive mulige koncepter for

forureningsudbredelsen

1) DNAPL vurdering (inkl. regneark)Bestemme om der er DNAPL,

og evt. type og mætning

3) Masseestimering Udregning af forureningsmasse i området,

herunder massen af DNAPL.

Grafer/tabellerGrænse for om der er DNAPL under

forskellige forhold

Eksempel på konceptmodeller

0m.u.t.

5

15

10

20

0 2,5 5 7,5 10

B105 B113/402 E2E1

B401B104 HV11 B112

Vandspejl

Grundvandsstrømning

Fyld

Moræneler

Sand

DNAPL (muligvis mobi/pooll) Opløst fase med høj koncentration DNAPL (residual)

AB

C

D

0m.u.t.

5

15

10

20

0 2,5 5 7,5 10

B105 B113/402 E2E1

B401B104 HV11 B112

Vandspejl

Grundvandsstrømning

Fyld

Moræneler

Sand

DNAPL (muligvis mobi/pooll) Opløst fase med høj koncentration DNAPL (residual)

AB

C

D

0m.u.t.

5

15

10

20

0 2,5 5 7,5 10

B105 B113/402 E2E1

B401B104 HV11 B112

Vandspejl

Grundvandsstrømning

Fyld

Moræneler

Sand

DNAPL (muligvis mobi/pooll) Opløst fase med høj koncentration DNAPL (residual)

0m.u.t.

5

15

10

20

0 2,5 5 7,5 10

B105 B113/402 E2E1

B401B104 HV11 B112

Vandspejl

Grundvandsstrømning

Fyld

Moræneler

Sand

DNAPL (muligvis mobi/pooll) Opløst fase med høj koncentration DNAPL (residual)

AB

C

D

1) 2)

3) 1) DNAPL ned i underliggende sandmagasin

2) DNAPL kun i moræneleren – høje koncentrationer i vand i magasin skyldes udvaskning fra dette lag

3) Forhøjet sorption i moræneleren –meget højere grænse for hvor total koncentration i jord viser DNAPL

0m.u.t.

5

15

10

20

0 2,5 5 7,5 10

B105 B113/402 E2E1

B401B104 HV11 B112

Vandspejl

Grundvandsstrømning

AB

C

0m.u.t.

5

15

10

20

0 2,5 5 7,5 10

B105 B113/402 E2E1

B401B104 HV11 B112

Vandspejl

Grundvandsstrømning

AB

C

0m.u.t.

5

15

10

20

0 2,5 5 7,5 10

B105 B113/402 E2E1

B401B104 HV11 B112

Vandspejl

Grundvandsstrømning

AB

C

0m.u.t.

5

15

10

20

0 2,5 5 7,5 10

B105 B113/402 E2E1

B401B104 HV11 B112

Vandspejl

Grundvandsstrømning

AB

C

Skitserede konceptmodeller i ét kildeområde

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 3Hvis 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 masseNødvendigt med forskellige sandsynlige konceptmodeller for at få realistisk estimat på forureningsmasse i områder med DNAPLOvennævnte sag er meget velkarakteriseret. For sager med mindre data må generelt forventes større forskel i estimeret masse ved forskellige konceptmodeller

Udvalgte referencerJørgensen, I.V., Broholm, M.M., Bjerg, P.L., 2010. DNAPL i kildeområder -konceptmodeller, karakterisering og masseestimering baseret pålitteraturudredning. 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?