Soil and groundwater contamination with gasoline and diesel oil : assessment of subsurface hydrocarbon contamination resulting from a fuel release from an underground storage tank in Vanstad, Skåne, Sweden

Abstract

Spills and leaks from storage tanks constitute the most common groundwater contamination source with petroleum products. Gasoline and diesel pools do not spread extensively along the water table, but dissolved constituents are transported in groundwater on relatively larger distances. Volatile hydrocarbons migrate in the vadose zone dependently on distribution and extent of the dissolved and pure phase. When influx exhausts, fuel trapped in pores at a residual saturation still remains as a potential contamination source.

Several thousand among 22 000 contaminated sites in Sweden are result of petrol stations contributing to soil and groundwater pollution. In 2003, investigations carried out by SWECO VIAK AB in the property of a former petrol station in Vanstad in Sjöbo commune in Skåne, revealed subsurface contamination with petroleum hydrocarbons and lead resulting from an underground storage tank fuel leakage. After the tank remediation it was recommended to collect water samples for oil index analysis in 2005. The property is located within a proposed water protection area. The aim of the thesis was to proceed further investigations in the vicinity of the property in order to assess overall spatial contamination and its influence on the water protection area.

The investigations were carried out from April to June 2005 and included: coring, groundwater levelling, groundwater and soil sampling, oil index and volatile compounds analyses. On the basis of the field data evaluation, it is inferred that hydrocarbons in a gaseous phase can migrate upwards through all the units comprising the vadose zone, but sand and gravelly sand constitute the preferential pathways. Dissolved compounds can be transmitted northwards of the tank through silty and clayey till as well as through silty and gravelly clayey sand. Assuming the worst case scenario, the solutes are transported due to advection at the rate 5.4x10-8 m/s. It was further calculated that hydrocarbons can pass in groundwater 1.7 m per year, what gives 71 m in 42 years. The “clean line” was subsequently delineated with regard to this distance. Laboratory analyses showed that groundwater is not contaminated with hydrocarbons. The oil index values are below a detection level of an instrument (50 μg/L) applied. None of BTEX is registered in a vapour headspace. N-Heptane and MTBE detection must be due to an error of the instrument applied. There is no negative impact on the proposed water protection area. Total concentrations of volatile compounds in the soil vapour (TVOC) do not exceed 20 ppm. Such low concentrations are of very marginal importance and the soil is considered as not contaminated.

It is concluded that long term, subsurface fuel releases do not necessarily result in extensive soil and groundwater contamination. The fact that contamination is not observed in the investigated area, although the distribution calculations imply so, underlines a huge role of natural attenuation as a factor limiting subsurface contamination with petroleum hydrocarbons.

Abstract (Swedish)

Läckage och spill från cisterner utgör de vanligaste orsakerna till förorening av grundvatten med petroleumprodukter. Bensin och dieselföroreningar sprids inte enbart längs grundvattenytan utan lösta beståndsdelar kan transporteras med grundvattnet relativt långa sträckor. Flyktiga kolväten förflyttar sig i den vattenmättade zonen beroende på föroreningens utbredning och fördelning.

Flera tusen av 22 000 förorenade platser i Sverige är ett resultat av att bensinstationer bidrar till mark- och grundvattenförorening. Undersökningar som gjordes av SWECO VIAK AB år 2003 på egendomen till en tidigare bensinstation i Vanstad i Sjöbo kommun i Skåne visade på föroreningar av kolväten och bly från petroleumprodukter under markytan som ett resultat av läckage från en underjordisk tank. Efter att tanken sanerats år 2005 rekommenderades att ta vattenprov för analyser av oljeindex. Egendomen ligger inom ett område vilket föreslagits som vattenskyddsområde. Syftet med arbetet har varit gå vidare med ytterligare undersökningar i omgivningarna för att bestämma föreoreningens rumsliga utbredning och påverkan på vattenskyddsområdet.

Undersökningarna utfördes mellan april och juni år 2005 och innefattade borrningar, avvägning av grundvattenytan, provtagning av grundvatten och jordprover, analyser av oljeindex och flyktiga komponenter. Baserat på utvärderingen av fältdata, kan man anta att kolväten i gasfas företrädesvis kan förflytta sig upp genom alla enheterna i den luftfyllda zonen men sand och grusig sand utgör de lättaste transportvägarna. Eftersom grundvatten är ett medium i vilket lösta kolväten kan förflyttas, kommer föroreningarna att transporteras norrut med grundvattnet genom siltiga och leriga moräner såväl som genom siltig och grusig lerig sand. Under antagande om ett värsta scenario skulle lösningarna genom advektion kunna transporteras med en hastighet av 5.4x10-8 m/s. Vidare gjordes beräkningen att kolväten årligen kan transporteras med grundvattnet på en sträcka av 1,7 m, vilket ger 71 m på 42 år. Den s.k. ”rena linjen” avgränsandes således med avseende på detta avstånd. Laboratorieanalyser visade att grundvattnet inte är förorenat av kolväten. Värdena på oljeindex ligger under känslighetsnivån (50 μg/L) på det instrument som användes. Inte någon av BTEX komponenterna registrerades heller i den luft som fanns ovanför vattenprovet. Spår av N-heptane och MTBE måste bero på fel i mätutrustningen. Det finns ingen påverkan inom det föreslagna vattenskyddsområdet. Den totala koncentrationen av flyktiga ämnen i marken överstiger inte 20 ppm. Sådana låga koncentrationer är av ytterst marginell betydelse och marken betraktas som inte förorenad.

Slutsatsen är att långvariga utsläpp av bränsle under mark inte nödvändigtvis leder till omfattande mark och grundvattenförorening. Det faktum att en förorening inte observerats i undersökningsområdet, även om spridningsberäkningarna antyder detta, understryker den naturliga utspädningen som en begränsande faktor av kolväten från bränsle.

• author: Glowacka, Malgorzata
• supervisor: Per Sandgren; Hans Jeppsson
• organization: Department of Geology
• alternative title: Mark och grundvattenförorening av bensin och diesel
• year: 2005
• type: H1 - Master's Degree (One Year)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: bensin, diesel, läckage, förorening, underjordstank, gasoline, diesel oil, contamination, underground storage tank, leakage
• publication/series: Dissertations in Geology at Lund University
• report number: 190
• language: English
• additional info: Hans Jeppsson, SWECO VIAK AB, Malmö.
• id: 2338881
• date added to LUP: 2012-12-30 14:35:33
• date last changed: 2012-12-30 14:35:33