Pumpning och behandling Översiktlig metodbeskrivning

Pumpning och behandling (pump & treatment) har sedan flera decennier tillbaka varit den vanligaste behandlingsmetoden för att sanera förorenat grundvatten. På senare år har metoden alltmer kommit att kombineras och viss utsträckning också ersättas av behandlingsmetoder baserade på biologisk eller kemisk nedbrytning, koncentrationsmetoder (air sparging m fl) samt olika typer av reaktiva barriärer. Även s k naturlig självrening har i viss utsträckning kommit att tillämpas som ett alternativ till pumpning och behandling.

Pumpning och behandling innebär att grundvatten pumpas upp till markytan för någon form av behandling. Ett flertal olika behandlingsmöjligheter föreligger varav de vanligaste utgörs av filtrering via aktiv kol eller andra typer av filtermaterial. På senare år har även olika strippingmetoder, d v s metoder baserade på luftinjektering för avskiljande av VOC, samt olika biologiska behandlingsmetoder (bioreaktorer m fl) kommit att tillämpas för behandling av det uppumpade grundvattnet.

Det behandlade grundvattnet kan antingen återinjekteras i grundvattenzonen eller avledas till en närliggande ytvattenrecipient. Det kan också finnas motiv för att behandla grundvattnet ytterligare t ex genom att avleda det till ett kommunalt reningsverk.

Generellt anses möjligheterna vara goda att behandla det pumpade grundvattnet till halt- nivåer som medger en multifunktionell användning av det behandlade vattnet. Problemet ligger snarare i de restföroreningar som finns kvar i grundvattenakviferen och som inte kan avlägsnas med hjälp av grundvattenpumpning.

Grundvattenpumpning kan också tillämpas i syfte att hindra eller reducera spridningen av föroreningar från en identifierad föroreningskälla. Pumpningen sker då i allmänhet på en

djupare nivå eller utanför det förorenade området med målsättningen att påverka grund- vattengradienten så att grundvattenströmningen från föroreningskällan begränsas.

Styrande faktorer

Möjligheten att framgångsrikt genomföra pumpning och behandling av en grundvatten- förorening styrs av en lång rad faktorer vilka kan delas upp enligt följande:

x Akviferens hydrogeologiska och hydrauliska egenskaper x Grundvattnets kemiska egenskaper

x Föroreningens egenskaper

Exempel på akviferrelaterade egenskaper som styr behandlingsmöjligheterna är bl a:

hydraulisk konduktivitet, hydraulisk gradient, transmissivitet, porositet/ effektiv porositet och magasinsegenskaper (magasinskoefficient m m).

Grundvattnets kemiska egenskaper såsom pH, konduktivitet, temperatur, alkalinitet, kalciuminnehåll, magnesium- och järninnehåll (löst och totalt), koncentrationen av löst syre, suspensionshalt m m är egenskaper som styr möjligheterna att utforma att långtidsbeständigt pump- och behandlingssystem.

Igensättning till följd av utfällning av kalk, metaller och partiklar är en vanlig orsak till att behandlingssystem baserade på grundvattenpumpning inte fungerar tillfredsställande. Pump- arnas elektriska och mekaniska funktion påverkas också i stor utsträckning av grundvattnets kemiska egenskaper.

Exempel på föroreningsrelaterade egenskaper som påverkar behandlingsmöjligheterna är bl a i vilken utsträckning föroreningen utgörs av organiska eller oorganiska komponenter, andelen vattenlöslig förorening, förekomsten av fri produktfas i form av NAPL, förekomsten av klorerade kolväten m m.

Projektering och systemdesign

För att projektera ett behandlingssystem baserat på grundvattenpumpning med efterföljande behandling krävs dels att akviferegenskaperna är noggrant kartlagda, dels att föroreningens utbredning och sammansättning är känd. Projekteringen av ett behandlingssystem i full skala måste således vara baserad på såväl en hydrogeologisk som en miljögeoteknisk undersökning av det aktuella området. I den hydrogeologiska undersökningen fastställs akviferens egen- skaper med avseende på de styrande faktorer som redovisas ovan. En miniminivå är att grundvattenakviferens egenskaper med avseende på hydraulisk konduktivitet, hydraulisk gradient och strömningshastighet/flöde fastställs. Dessa egenskaper kan i allmänhet beräknas eller åtminstone uppskattas utan omfattande och i allmänhet relativt kostsamma provpump- ningsinsatser.

För att fastställa s k magasinsegenskaper (transmissivitet, magasinskoefficient, specifikt utbyte m m) erfordras i allmänhet att provpumpningsinsatser genomförs. I samband med större efterbehandlingsinsatser, där syftet t ex kan vara att hindra fortsatt föroreningsspridning eller att återställa delar av en förorenad vattentäkt är provpumpningsinsatser nödvändiga som en del i projekteringsarbetet. Vid mindre efterbehandlingsinsatser där grundvattenpumpningen mer utgör ett komplement till andra efterbehandlingsmetoder och där syftet kanske enbart är att avlägsna fri produktfas bedöms provpumpningsinsatser vara av mindre värde.

Den miljötekniska grundvattenundersökningen inriktas på att kartlägga grundvatten- föroreningens utbredning i yt- och djupled, föroreningens kemiska sammansättning, föro- reningskoncentrationen samt förekomsten av fri produktfas både i form av LNAPLs och av DNAPLs. Inom ramen för den miljötekniska grundvattenundersökningen bör också grund- vattnets naturliga status vad avser pH/alkalinitet, konduktivitet, löst syre m m fastställas.

Utifrån resultaten av den hydrogeologiska och den miljötekniska grundvattenundersökningen kan pumpsystemet designas med avseende på:

x Antalet pumpbrunnar samt nivå för brunnsfilter/slitsar

x Placering av pumpar samt erforderliga pumpflöden för grundvattenavsänkning x Strategi för pumpning (Behöver separationspumpning tillämpas? Erfordras

borttagande av fri produktfas med hjälp av skimmer eller motsvarande? Skall pumpning ske intermittent eller kontinuerligt?)

x Behov av hydraulisk uppspräckning eller andra metoder för att öka föroreningens tillgänglighet.

Nästa steg är att välja behandlingsmetod för det förorenade vattnet. Ett stort urval av behand- lingsmetoder föreligger och valet av behandlingsmetod styrs nästan uteslutande av föro- reningens sammansättning.

För en grundvattenförorening med i huvudsak organiska föroreningskomponenter föreligger följande behandlingsalternativ:

x Stripping (luftinblåsning för avlägsnande av VOC och s-VOC) x Filtrering via aktiverat kol

x Kemisk oxidation (oxidation/destruktion genom tillsats av t ex väteperoxid, ozon, UV-ljus m m)

x Membranfiltrering (t ex ultrafiltrering/nanofiltrering, omvänd osmos) x Biologisk nedbrytning (bioreaktorer m m)

För en grundvattenförorening med i huvudsak oorganiska föroreningskomponenter (tungmetaller m m) föreligger följande behandlingsalternativ:

x Kemisk fällning genom tillsats av pH-justerande additiv (tillämpas främst på metallföroreningar varvid metallerna ”fälls ut” som hydroxider).

x Medfällning (tillsats av järn kan t ex tillämpas för att medfälla arsenik) x Jonbytesprocesser

x Adsorption med hjälp av aktiverat kol eller andra filtermaterial x Omvänd osmos

x Kemisk oxidation (bl a cyanider kan transformeras genom oxidation)

Några av de ovan redovisade behandlingsmetoderna för det uppumpade grundvattnet kan medföra ett behov av sekundära reningsprocesser. T ex innebär metallutfällning ett behov av att avvattna och deponera metallhaltigt slam. Samtliga stripping-processer för avskiljande av VOC och s-VOC innebär ett behov av rening av utgående luft.

I ett avslutande steg måste en strategi för hur det behandlade grundvattnet skall omhändertas upprättas. Det är i allmänhet möjligt att med ovan redovisade behandlings-metoder uppnå erforderlig reningsgrad för det behandlade grundvattnet i sig. Det är därför i flertalet tillämp- ningar möjligt att återinjektera det behandlade grundvattnet.

Om syftet med grundvattenpumpningen istället är att påverka grundvattenströmnings- bilden och därigenom hindra fortsatt föroreningsspridning via grundvattenzonen är åter- injektering i allmänhet ett sämre alternativ. Dels kan återinjektering leda till att en tidigare oförorenad del av grundvattenmagasinet förorenas av det helt eller delvis förorenade injekt- eringsvattnet, dels kan återinjektionen innebära att strömningsbilden endast marginellt ändras. Skall strömningsmönstret ändras i en grundvattenakvifer med hög hydraulisk konduktivitet måste en relativt kraftig grundvattenavsänkning uppnås. Det pumpade grundvattnet kan t ex avledas till en ytvattenrecipient eller till ett kommunalt reningsverk. I allmänhet är utspäd- ningen i ytvattenrecipienten så pass stor att de restföroreningar som eventuellt föreligger i det pumpade grundvattnet ”späds ut” till nivåer som inte innebär någon påverkan på akvatiskt liv. En ekotoxikologisk riskbedömning avseende recipientpåverkan är naturligtvis nödvändig innan en dylik åtgärd kan vidtas.

Tillämpning

Pumpning och behandling av grundvatten tillämpas i första hand på grundvattenföroreningar med dominerande innehåll av organiska föroreningsämnen. Den kanske allra vanligaste tillämpningen är att åtgärda grundvattenmagasin som förorenats av oljeprodukter (bensin, diesel, eldningsoljor m m). I dylika tillämpningar har avskiljande av fri produktfas ingått som en väsentlig del. Metoden tillämpas i första hand i porakviferer med relativt hög hydraulisk konduktivitet även om tillämpning i sprickakviferer (kristallin berggrund m m) förekommer.

Kontroll av behandlingsresultat

Kontrollfunktionen kan delas upp i två delar:

1. Kontroll av behandlingsresultatet avseende uppumpat grundvatten. 2. Kontroll av behandlingsresultatet i den förorenade grundvattenakviferen.

Behandlingsresultaten enligt punkt 1 ovan är relativt enkla att kontrollera genom analys av ingående respektive utgående grundvatten. Behandlingsresultaten enligt punkt 2 erfordrar installation av grundvattenrör för fortlöpande provtagning i grundvattenakviferen. Olika nivåer bör provtas liksom olika delar av akviferen. Det är i allmänhet svårt att klarlägga behandlingsresultatet på akviferen i sin helhet. Även om det pumpade grundvattnet efter en tid uppvisar reducerade haltnivåer kan inneslutningar av fri produktfas (NAPLs) finnas kvar i grundvattenakviferen och utgöra sekundära källor till grundvattenförorening. Behandlings- resultatet måste således följas upp under en längre tid även efter avslutad pumpning.

Begränsningar och kända negativa effekter

En känd begränsning vid pumpning och behandling av grundvatten är svårigheten att fram- gångsrikt behandla grundvattenföroreningar med en stor andel fri produktfas, särskilt då denna föreligger i form av DNAPLs. Fri produktfas med huvudsakligt innehåll av LNAPLs (t ex oljeföroreningar) kan i viss utsträckning bemästras genom s k separationspumpning, d v s

genom en kombination av djup-brunnspumpning och skimming/sugpumpning. Den samlade erfarenheten avseende pumpning och behandling av DNAPLs (t ex klorerade lösningsmedel) är att restföroreningar kommer att kvarstå för lång tid framöver såvida inte grundvatten- pumpningen kombineras med kemiska och/eller biologiska nedbrytningsmetoder.

En negativ effekt som ibland framhålls beträffande pumpning och behandling är att grundvattenavsänkningen kring pumpbrunnarna kan leda till föroreningstransport i djupled. Föroreningsspridning i vertikalled till följd av grundvattenavsänkning kan i allmänhet mot- verkas genom omhändertagande av fri produktfas innan grundvattenpumpning i större skala påbörjas.

Närbesläktade metoder

En med konventionell pumpning och behandling närbesläktad efterbehandlingsmetod är s k bioslurping som innebär att den fria produktfasen (i allmänhet en petroleumförorening) avlägsnas med hjälp av ett kraftigt vakuum. Därigenom behöver någon ”sänktratt” inte tillskapas och risken för att petroleumföroreningen ska spridas i vertikalled till följd av grundvattenavsänkning kan i stort sett elimineras. Den olje- och vattenblandning som med hjälp av vakuum extraheras från den installerade saneringsbrunnen får passera en s k vätske- avskiljare där luft och vätska separeras. Luften leds därefter via ett kolfilter medan den olje- haltiga vätskan får passera en oljeavskiljare. En sekundär effekt av metoden är att relativt stora mängder luft sugs via porsystemet. Luftomsättningen kan i gynnsamma fall medverka till en ökning av biologisk aktivitet i den omättade zonen strax ovanför grundvattenytan, därav benämningen bioslurping.

Status och referensprojekt

Pumpning och behandling av grundvatten måste internationellt sett betraktas som den van- ligaste efterbehandlingsmetoden för förorenat grundvatten. Pumpning och behandling har t ex tillämpats vid fler än 700 av de sammanlagt 1800 amerikanska Superfund-projekten. Från början av 1980-talet till mitten av 1990-talet tillämpades pumpning och behandling som efter- behandlingsmetod vid ca 75 % av de Superfund-objekt där förorenat grundvatten påträffats. Den övergripande slutsatsen från det stora antalet grundvattenpumpningsprojekt som genom- förts inom Superfund är att åtgärdsmål – som i flertalet av de genomförda projekten varit att uppnå dricksvattenkriteria - inte varit möjliga att uppnå enbart med pumpning och behandling.

Generellt kan sägas att pumpning och behandling i första hand är en metod som tillämpas på grundvattenföroreningar dominerade av vattenlösliga föroreningsämnen eller av LNAPLs, främst petroleumkolväten. Det har dock genomförts ett stort antal efterbehandlingar även med avseende på DNAPLs, främst klorerade lösningsmedel. Genom särskild pumpteknik, t ex nivå- och frekvensstyrd pumpning har bl a tyska fullskaleförsök visat på möjligheter att väsentligt reducera föroreningshalterna av klorerade kolväten. Att med säkerhetsmarginal uppnå dricksvattenkriteria för klorerade kolväten enbart genom pumpning och behandling har dock även i de fullskaleförsök som kan betraktas som framgångsrika visat sig vara svårt.

I ett demonstrationsprojekt finansierat av Miljöteknikdelegationen 1999-2000 genomförde företaget Anox AB i samarbete med VBB Viak AB ett pilotskaleförsök med pumpning och efterföljande biologisk behandling av grundvatten som förorenats av främst klorerade kolväten vid en f d garverifabrik (Glacéläder-fabriken) i Kävlinge. Grundvattnet i anslutning till

pumpade grundvattnet fick efter inledande spädning med renvatten först passera en anaerob bioreaktor där reduktiv dehalogenering av de klorerade kolvätena tillämpades. I ett andra behandlingssteg passerade det förorenade vattnet en aerob bioreaktor varefter det avleddes till en ytvattenrecipient. Beräkningar utifrån pilotskaleförsöket visade att pumpning och efter- följande bioreaktorbehandling skulle behöva pågå i storleksordningen 10 år för att avlägsna önskad mängd (i detta fall 4 ton) lösningsmedel från det primärt förorenade området i grund- vattenakviferen. Vidare indikerade pilotskaleförsöken att en fullständig deklorering ej erhölls vid bioreaktorbehandlingen varför relativt stora mängder av dikloreten och trikloretan skulle behöva återinfiltreras, alternativt avledas till ytvattenrecipient efter genomförd behandling. Mot bakgrund av resultaten av pilotskaleförsöket valde man att ej gå vidare med pumpning och behandling i full skala.

Ett grundvattenpumpningsprojekt genomfördes år 2004 i Tranemo kommun. Grundvatten som förorenats av xylen behandlades genom pumpning och luftning/stripping. Projektet be- skrivs närmare i Bilaga 2/Fallstudier in situ, on site och ex situ, nr 86.

Källor och referenser

Breh, W & Frank, K (2000): “Hydraulic remediation of a DNAPL contamination by frequency controlled pumps.” Conference proceedings ConSoil 2000, Volume 2, pp 1103-1104.

Broms, S (2006): Muntlig information angående SPIMFAB:s erfarenheter av ”pumpning och behandling”. SPI Miljösaneringsfond AB.

Cleanup Information Bulletin Board System/CLU-IN (2005): http://www.clu-in.org Däldehög AB (2001): Produktinformationsblad “Bio slurping”.

Englöv, Peter (2006). Muntligt meddelande. Peter Englöv, Sweco Viak AB.

Evangelos, G & Laser, U (2000): ”Bioslurping for remediation – a cost-effective cleanup option”. Conference proceedings ConSoil 2000, Volume 2, pp 1105-1106.

Suthersan, S.S (1997): ”Remediation Engineering. Design Concepts.” Lewis Publishers. ISBN 1-56670-137-6.

Welander, T., Welander, P., Englöv, P & Vanek, V (2000): “Biologisk reduktion av klorerade kolväten i grundvatten”. Rapport för Miljöteknikdelegationen.