Faneprosjektet Gardermoen Erfaringer og kompetanseoppbygging, samt utvikling av kunnskapene om naturbaserte renseløsninger generelt på Gardermoen.

Transkript

1 Faneprosjektet Gardermoen Erfaringer og kompetanseoppbygging, samt utvikling av kunnskapene om naturbaserte renseløsninger generelt på Gardermoen. Per Aagaard & Gijs Breedveld 1 Institutt for geofag, Universitetet i Oslo 2 Norges Geotekniske Institutt

2 Faneprosjekt Gardermoen Nasjonalt kompetansebehov i hydrogeologi Akviferdynamikk i forhold til storflyplassdrift Tranport og nedbrytning av forurensninger i umettet og mettet sone Forskningsdugnad/kandidatproduksjon Universiteter/forskningsinstitutter (UiO, NLH, NTNU/Sintef) Forskningsråd/Problemeier

3 Gardermoen project ( year research program of the Gardermoen aquifer Norways largest precipitation fed, unconfined aquifer Glaciomarine depositional structure (9500 years ago) New Oslo International Airport opened in 1998 Environmental permit required: Stable groundwater level Unchanged water quality Department of Geology University of Oslo

4 Forskningsstrategi Akkumulert kunnskap og teoretisk behandling Egne tilrettelagte eksperimenter Laboratorieforsøk Feltforsøk (Moreppen forsøksstasjon: umettet sone) Modellering

5 Nothern Europe 9500 years ago (Andersen, 2000)

6 Fire training field (Modified from Tuttle 1997 and Dagestad 1998)

7 Miljøkonflikter: Flyplass grunnvann Stortinget vedtok å legge ny hovedflyplass til Gardermoen, hvor følgende forutsetninger ble lagt til grunn: 1) Vannkvaliteten på grunnvannet måtte ikke forringes 2) Ravineommrådet ved Sogna/Vikka og grytehullssjøene måtte ikke ødelegges Dette førte til følgende premisser for overvannshåndtering under anlegg og drift av flyplassen: Punkt 1) krevde at grunnvannet ikke måtte forurenses Punkt 2) krevde at vannbalansen måtte opprett holdes, dvs at like stor del av nedbøren som før flyplassen kom, måtte mate grunnvannet.

8 Potential contaminants Jet fuel 400,000 ton/year Methylbenzenes and naphthalene De-icing chemicals Potassium acetate (KAc) Potassium formiate (KFo, 210 ton/year) Propylene glycol + additives (PG, 1100 ton/ year)

9 Forurensningsspredning Ulike kjemiske stoffer kan transporteres på forskjellig vis; det er avhengig av deres kjemiske og fysiske egenskaper. De viktigste er: Vannløselighet Flyktighet Tetthet Avisningsmidlene propylenglycol og kaliumacetat, er begge lite flyktige og meget vannløselige, slik at de vil blandes med vann og vil stort sett følge vannet gjennom umettet sone. Jetdrivstoff har en stor flyktig del, som vil fordampe og unnslippe til lufta. Bare en meget liten del vil løses i vann, og disse stoffene vil også adsorberes til jorda og dermed forsinkes gjennom umettet sone.

10 Rensing umettet sone

11 Forurensningsspredning Aktiv biologisk nedbrytning i jord over grunnvannspeilet (umettet sone) Filtreringsevnen til umettet sone er meget viktig, men gir ikke det noen løsning på lang sikt til å beskytte grunnvannet. Forurensningene må fjernes. Heldigvis skjer det en meget effektiv nedbrytning av de fleste organiske kjemiske stoffer i umettet sone. Det er flere grunner til det, for det første er jorda det sted hvor det finnes flest mikroorganismer(bakterier,sopp, alger, lav og protozoer) og hvor det også er størst mangfold av mikroorganismer (diversitet). Det er også tilstrekkelig med oksygen til aerob nedbrytning, og i tillegg er markfuktigheten ideell (i tørre strøk av verden kan riktignok vann være en begrensende faktor). Alt dette skaper gode forhold for biologisk nedbrytning, slik at de fleste organiske stoffer brytes ned til karbondioksid og vann.

12 Jordprofilet et effektivt biologisk renseverk

13 An unconfined aquifer No physical barrier Groundwater recharge by surface infiltration Processes in unsaturated zone determine groundwater quality GWL fluctuations Seasonal changes Variable residence time

14 An unconfined aquifer The unsaturated zone High availability of oxygen and nutrients Large degradation potential The saturated zone Limited availability of oxygen Other electron acceptors Limited degradation potential

15 Jet fuel contamination precipitation groundwate r spill evaporation residual oil dissolution Diffuse contamination Infiltration of dissolved fraction Accidental spills NAPL transport Retention in the unsaturated zone and capillary fringe Dissolution by groundwater recharge

16 Remediation Surplus of electron donors Propylenglykol C 3 H 8 O 2 + 4H 2 O 3CO H + +16e - Acetat C 2 H 4 O H 2 O 2CO 2 + 8H + + 8e - Formiat CHO H 2 O CO 2 + H + + e - Xylen C 8 H H 2 O 8CO H e -

17 Remediation Supply of electron acceptors O 2 +4H + +4e - 2H 2 O e-acceptors 2NO H + +10e - N 2 +6H 2 O Mn 4+ +2e - Mn 2+ Fe 3+ + e - Fe 2+ SO H + +8e - H 2 S+4H 2 O CO 2 +8H + +8e - CH 4 +2H 2 O

18 Moreppen field experiment setup jet-fuel 1: Bromide (25 liter/2 hour, for 3 days) 2: Hydrocarbons (25 liter/2 hour, for 14 days) Background, 48 mm/day, through the dripper lines 2.3 m 3.5 m Prenart probe Gas sampler 6 m Søvik et al., JEQ, 2002

19 Vertical cross section of the studied site based on ground penetrating radar profiles, soil samples and visual inspection of the trench wall Department of Geology University of Oslo

20 Bromide Non-reactive Follows the water Toluene Reactive Adsorption Biodegradation Alfnes et al., JCH, 2003

21 Oslo Main Airport OSL 13 km 2 surface area 2 runways (3600 m and 2950 m) 170,000 airplane movements/y 13,500,000 passengers/y Impermeable surface 900,000 m 2 120,000 m 3 of surface runoff/y

22 Spredning av formiat og glykol langs rullebanen Glykol Rullebane Formiat Formiat 2.5 m

23 5 11 Infiltration of PG In a short period of 14 days the annual load infiltrates Residence time in the unsaturated zone determines if groundwater is reached French et al., 2001

24

25 Snow-melting and Infiltration Winter Spring

26 Surface runoff Jet-fuel Collection system Oil/water separator Infiltration plant Groundwater recharge

27

28 Jordbasert rensing Jetdrivstoff stor rensekapasitet og virker godt Avisningskjemikalier stor belastning og krevende drift stort oksygenforbruk/ kan lokalt få anaerobe forhold saltenes basekationer vil kunne påvirke grunnvannskjemien på sikt alternativer til jordbasert rensing vanskelig å finne Fortsatt noe nedbrytningskapasitet i grunnvannet

29 Faneprosjekt Gardermoen Nasjonal satsing og samarbeid vellykket Tverrfaglig og tverr institusjonelt samarbeid Grunnforskning med kort vei til anvendelse Ble tidlig trukket med i planleggingsfasen av flyplassbyggingen Solid heving av fagkompetansen, bl.a. med aktivt deltakelse i europeiske forskernettverk og nytt EU prosjekt Faglig nasjonalt nettverk av dagens spesialister