Genväg: http://www.syke.fi/projekt/reset
Undersökningens målsättning
Undersökningens målsättning var att framställa information och skapa nya lösningar för efterbehandling av svåra fall av grundvattenförorening, där traditionella metoder har konstaterats vara dyra och ineffektiva. I projektet:
- utredde man med hjälp av en utplacerad barriär den reaktiva barriärteknikens användbarhet vid rening av grundvatten i finländska geologiska och klimatiska förhållanden;
- prövade man hur inhemskt järnmaterial fungerar vid behandling av grundvatten som förorenats med klorerade lösningsmedel och dessutom utvecklade man testmetoder för barriärmaterial;
- presenterar man kriterier med vars hjälp en reaktiv barriärs lämplighet för rening av grundvatten i olika föroreningsfall kan bedömas.
Bakgrund
Som ett resultat av den ökade uppföljningen av grundvatten observeras det i Finland hela tiden nya fall av förorening, som orsakar risker för miljön och människors hälsa. Riskhanteringen av förorenade områden innebär i Finland i allmänhet ett utbyte eller en rening av jordmassorna ovanför grundvattennivån. Att helt avlägsna grundvattnets föroreningskällor är i allmänhet inte möjligt. Mängden förorenad mark är vanligen stor och utsläppen av organiska kemikalier, som är tyngre än vatten, ligger ofta djupt i grundvattenskikt, i krosszoner eller under byggnader. Föroreningen av grundvattnet kan sålunda pågå ännu tiotals år efter att marken efterbehandlats. Att behandla det förorenade grundvattnet är då det enda sättet man kan förhindra att skadliga ämnen sprider sig och att minska riskerna från dem.
Vid behandling av förorenat grundvatten har man konstaterat att effekten av de traditionella pumpningsmetoderna i de flesta fall är små och att brukskostnaderna är betydande. De gamla metodernas begränsningar har ökat behovet att utveckla nya innovativa metoder. Vid behandling av förorenat grundvatten har man i många länder i allt högre grad börjat använda sig av så kallade in situ -tekniker, där reningen sker i marken. I Nordamerika och Centraleuropa används allt oftare reaktiva barriärer i svåra föroreningsfall. Mer än hundra tillämpningar av metoden används på olika håll i världen, i Europa t.ex. i Tyskland, Italien och Danmark.
Den reaktiva barriärens funktionsprincip
Diagram av barriärstrukturen i Orivesi
Med en reaktiv barriär kan man under lämpliga hydrogeologiska förhållanden rena förorenat grundvatten effektivt, ekonomiskt och miljövänligt. Den av reaktivt material sammansatta och vattenpermeabla konstruktionen placeras i det förorenade grundvattnets naturliga strömningsled. Grundvattnet renas när de skadliga ämnena reagerar med det reaktiva materialet i barriären och omvandlas samtidigt till oskadliga eller mindre skadliga föreningar eller så stannar de kvar i barriären.
Eftersom den renande konstruktionen fungerar passivt behövs ingen energi eller processtyrning. Detta sänker betydligt behandlingskostnaderna jämfört med traditionella metoder.
Enligt internationella undersökningar kan barriären funktionera i tiotals år. Klimat-, mark- och grundvattenförhållandena i vårt land skiljer sig dock ofta betydligt från de förhållanden där barriärer har hittills använts. Livslängden av barriärer i finländska förhållanden är fortfarande okänd.
Test av barriärmaterialet
För rening av grundvatten som förorenats med klorerade lösningsmedel används granulat av metalliskt järn (Fe0).
VTT har testat finska barriärmaterial med skaknings- och kolonnprov.
På basen av laboratorieprovsresultaten kunde testbarriären dimensioneras så, att reningseffekten är tillräcklig.
Undersöknings-områdets läge
Undersökningar på provområdet
Som undersökningsområde valdes utgående från preliminära hydrogeologiska utredningar ett grundvattenområdet i Asemanseutu i Orivesi, där lösningsmedel (tetra- och trikloretylen) från ett kemiskt tvätteri förorenat grundvattnet under åren 1958-1989. Det förorenade grundvattenområdet har på grund av föroreningen upphört som vattentäkt år 1981 och avlägsnats från miljöförvaltningens grundvattenklassificering år 2000.
Föroreningens omfattning i Asemanseutu akvifären undersöktes 1999–2003. För att kunna placera och utforma och bestämma en lämplig storlek för barriären använde man (2003-2006) metoder som borrning och jordprovtagning, videoinspelning i bergborrbrunnar, in situ mätningar av hydraulisk konduktivitet, grundvattnets kvalitet, vattenförbrukning, bestämning av spårämnen, övervakning av grundvattennivån och grundvattenprovtagning samt olika geofysiska metoder.
Försöksarrangemangen i undersökningsområdet
Genomförandet av den reaktiva barriären
På basen av kompletterande fältundersökningar och simulering av provområdets strömningsbild planerades och installerades en reaktiv barriär i det förorenade grundvattnets strömningsled.
Strukturen har ett underjordiskt ledningssystem ("funnel & gate") utrustad med en kontrollbrunn. Vid utformningen av den reaktiva barriärens storlek användes hydrogeologisk data och resultat av material- och kolonnprov.
På sommaren 2006 installerades den permeabla barriären med täta styrväggar i den sydöstra delen av ett bollplan som ligger cirka 200 m söder om tvätteriet.
Sprickzonerna i berggrunden injicerades med fyllnings material för att förhindra att förorenat grundvatten rinner förbi barriären.
Konstruktionens funktion och reningens effektivitet följdes upp genom att ta prov från grundvattnet och kontrollera dess kvalitet. Vattenprov togs en gång i månaden från flera observationsrör. Prov togs också från en observationsbrunn som placerats i järnfyllningen.
En öppen grop som sträcker sig till grundvattennivån grävdes under barriärens installation
Erfarenheter från Orivesi barriär
Det är möjligt att konstruera fungerande barriärer under finländska hydrogeologiska förhållanden i akvifärer som är viktiga för den kommunala vattenförsörjningen.
Även om tetra- och trikloretylen nedbröts i järnfyllningen redan i början av barriären och ingen nämndvärd bypass av förorenat grundvatten skedde, påverkade det renade vattnet långsamt grundvattenkvaliteten i de efterföljande observationsrören.
Temperaturen påverkade nedbrytningen av skadliga ämnena mindre än väntat. Medeltemperaturen och mediannivån i barriären var 8–7 ° C. Medeltemperaturen i grundvatten är i Finland 5–7 ° C och man kan därför anta att den kemiska nedbrytningen sker tillräckligt effektivt under finska klimatförhållanden.
Andelen nedanför grundvattennivån grävdes med stöd av stålsponter
Biologiska processer
Förutom den kemiska reningen sker det också en mikrobiell aktivitet i barriären som påverkar det genomströmmande grundvattnets kvalitet. Förändringarna av vattenkvaliteten i barriären visar att åtminstone nitrat och sulfat reducerande samt metanogena bakterier varit aktiva.
Kostnader för
metoden
En reaktiv barriärs huvudsakliga kostnader utgörs av kostnader som uppstår från fältundersökningar, materialstudier och installationsarbeten. Omfattningen av det hydrogeologiska undersökningsbehovet beror på områdets komplexitet och tidigare gjorda undersökningar. Installationskostnaderna för ett objekt som lämpar sig geotekniskt och hydrogeologiskt för barriärteknik är enligt en preliminär uppskattning 80 000–400 000 €.
Injicering av bergsgrunden
I objekt som Orivesi med tjocka jordlager bestående av åsar och moränbildningar är en installation av en reaktiv barriär krävande och dyrt. Användningen av konventionella behandlingsmetoder för kloreten förorenade grundvatten är dock ineffektivt.
Även om en reaktiv barriär skulle vara den mest kostnadseffektiva metoden för behandling av förorenat grundvatten, skulle en kontinuerlig reaktiv barriär förmodligen inte vara aktuell för områden med ett jordlager tjockare än 10-15 meter. Metoden är lämplig och kostnadseffektiv för rening av grundvatten i mindre skala i moränformationer där den hydrauliska konduktiviteten är av storleksordningen 10-4–10-6 ms-1 och där jordlagret och den mättade zonen är mindre än på åsområden.
Slutsatser
Vattentemperaturen i marken är en faktor man bör beakta när man testar reaktiviteten av finskt material. Den korrektionsfaktor som beskriver de nedsatta reaktionstiderna i kallt vatten bör bestämmas genom att åtminstone en del av materialtesterna görs vid temperaturer på 5–10 ° C.
280,7 ton järngranulat användes i barriären
För barriärens dimensionering bör man även i materialtesterna använda objektets grundvatten för att få en realistisk uppfattning om dröjs tiderna och för att bedöma den potentiella materialpassiveringen eller mineralavsättningen som kan påverka barriärens funktion på lång sikt.
Den traditionella utgrävningsmetoden var i Orivesi i praktiken de enda tillgängliga efterbehandlingstekniken för markarbetet. En lämplig modifiering av injiceringsutrustningen är förmodligen det enklaste sättet att skapa möjligheter för, att med passivt reaktivt material behandla förorenat grundvatten djupt nere i marken.
Tillämpning av injicering, djupstabilisering eller tillämpning av olika pålningsmetoder skulle på begränsade områden på grund av t.ex. bosättning dessutom ge bättre förutsättningar att installera permeabla reaktiva barriärer.
Provrör från järnfyllningen till kontrollbrunnen
Utnyttjande av resultat
Projektets resultat kan utnyttjas för rening av förorenat grundvatten samt i den praktiska och administrativa beslutsfattningen som berör skydd av grundvatten. Informationen kan tillämpas även i andra miljöer med motsvarande hydrogeologi och klimat som den finska.
Projektorganisation
I projektet deltog förutom Finlands miljöcentral (SYKE) också Birkalands miljöcentral (numera ELY-centralen i Birkaland), VTT, Orivesi stad, Suomen IP-Tekniikka Oy (numera FCG Oy), Helsingfors universitet och Testele Products Oy.
Projektet finansierades av Teknologiska utvecklingscentralen (Tekes), miljöministeriet, Ekokem-Palvelu Oy, Niska & Nyyssönen Oy (numera SKANSKA) samt Salvor Oy (numera Lassila & Tikanoja). Det finska barriärmaterialet levererades av Metso Foundries Jyväskylä Oy.
Tilläggsuppgifter
Tekn. lic. Sirkku Tuominen, Finlands miljöcentral (SYKE), fornamn.efternamn@syke.fi