Undersökning av bensenförorening i grundvatten, Norra Djurgårdsstaden, Stockholm : JB- sondering, installation av grundvattenrör samt provtagning med passiv diffusionsprovtagare

Abstract

Norra Djurgårdsstaden is an urban area in northeastern Stockholm and has been soil remediated down to the water table. The contamination in the area includes polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), cyanide, heavy metals and BTEX. In 2003 an extensive environmental assessment initiated after which they found high levels of benzene in one of the groundwater monitoring wells. The benzene contamination in groundwater was followed up with an in-situ attempt to remove it, but the method had low efficiency. The aim of this study was to try to investigate a possible contamination source of benzene and determine the contamination plume in groundwater. The thesis would also contribute with new knowledge of a new sampling methodology. The methodology of the thesis work was one part literature study and theory, one part of field work and another part of evaluation the results. After a sampling plan based on the area's geology was established the soil-rock penetration test was performed and then two new groundwater monitoring wells were installed. During the soil-rock penetration test, samples were taken out in the steel probe of the groundwater water. Sampling was carried out as an initial screening in the area in order to get a picture of the extent of benzene contaminated groundwater. After the installation of groundwater monitoring wells, they were sampled for benzene analysis with traditional groundwater sampling and passive diffusion sampling. The sampling methods were then compared statistically and methods were also evaluated in a literature study. Generally, the analyzed samples gave high benzene concentrations in the monitoring wells that also have had high concentrations before. Traditional sampling gave the highest levels, while the passive sampler was more efficient to detect low benzene concentrations. The passive sampling detectable benzene levels in more monitoring wells than at the traditional sampling. The results showed that the groundwater is contaminated with benzene at levels above SPIMFABs general guidelines for the protection of surface water and protection against vapor intrusion. The benzene concentrations in the area were diffuse and no clear source of contamination could be identified. Statistically, the sampling techniques were different, but the passive samplers still seems to follow the same pattern as sampling with traditional sampling. More data are needed to do reliably statistically evaluations of the method. The passive sampler has many advantages over the traditional sampler regarding volatile organic contaminants, such as benzene. Measurements of benzene in the gas phase were performed with PID in all the field work. It generally showed low levels of benzene. Based on the topography, bedrock levels and groundwater flow in the area, it is believed that the encountered contamination is relatively local around the points where it was originally found. The groundwater flow shows no clear direction and the superficial groundwater reservoir is connected with Husarviken and Saltsjön/Värtan.

Abstract (Swedish)

Norra Djurgårdsstaden är ett stadsutvecklingsområde i nordöstra Stockholm och har delvis marksanerats ned till grundvattennivån. De föroreningar som förekommit är polycykliska aromater, cyanider, tungmetaller och BTEX. 2003 inleddes en omfattande markundersökning varpå man hittade höga halter bensen i ett av grundvattenrören. Undersökningen följdes upp med ett in-situ försök att avlägsna föroreningen, metoden hade låg effektivitet. Syftet med föreliggande examensarbete var att försöka undersöka en eventuell föroreningskälla samt avgränsa föroreningsplymen i grundvattnet. Examensarbetet skulle även bidra med ny kunskap genom att statistiskt jämföra en ny provtagningsmetodik med traditionell grundvattenprovtagning. Metodiken var en del litteraturstudie och teori, en del fältarbete och en del utvärdering av resultat. Efter att en provtagningsplan upprättats baserat på områdets geologi utfördes först en JB-sondering och sedan en installation av två nya grundvattenrör. Under JB-sonderingen togs prover av grundvattnet i sondstålet. Provtagningen utfördes som en inledande screening av bensen i området i syfte att få en bild av föroreningssituationen inför rörinstallationen. Efter installationen av grundvattenrören togs prover för bensenanalys med traditionell grundvattenprovtagning samt passiv diffusionsprovtagning. Provtagningsmetoderna jämfördes sedan statistiskt och metoderna utvärderades sedan även med hjälp av en litteraturstudie. Generellt tydde analyssvaren på att både traditionell och passiv provtagning ger höga bensenhalter i de grundvattenrör som tidigare har haft höga halter. Traditionell provtagning gav de högsta halterna medan den passiva provtagaren var mer effektiv att fånga upp låga bensenhalter. Den passiva provtagningen gav detekterbara bensenhalter i fler rör än vid den traditionella provtagningen. Resultaten visade att undersökningsområdets grundvatten är förorenat med bensen i halter över SPIMFABs generella riktvärden för skydd av ytvatten samt generellt riktvärde för skydd mot ånginträning. Bensenhalterna är diffusa och ingen tydlig föroreningskälla kunde identifieras. Statistiskt sett var provtagningsteknikerna väldigt olika, men de passiva provtagarna tycks ändå följa samma mönster som provtagningar med traditionell provtagning. Fler mätdata behövs för att säkert kunna utvärdera metoden statistiskt. Den passiva provtagaren har många fördelar mot den traditionella provtagaren vad gäller flyktiga organiska föroreningar, som t.ex. bensen. Mätningar av bensen i gasfas utfördes med PID vid alla fältmoment och visade generellt låga halter av bensen. Baserat på topografin, bergnivåer och förmodad grundvattenströmning i området kan det förmodas att den påträffade föroreningen är relativt lokal kring de punkter där den ursprungligen påträffats. Grundvattenflödet visar ingen entydig flödesriktning och det övre magasinet står i förbindelse med Husarviken och Saltsjön/Värtan.

Popular Abstract (Swedish)

Passiv diffusionsprovtagning-ett enkelt sätt att mäta flyktiga ämnen i grundvattnet

Grundvatten är en naturresurs och en bristvara i flera delar av världen. På många ställen i Sverige är grundvattnet otjänligt som dricksvatten p.g.a. föroreningar. Föroreningarna behöver kartläggas, avgränsas och kontrolleras. I den här undersökningen har bensen-förorenat grundvattnet provtagits med en ny provtagningsmetod.

Undersökningsområdet är sedan ca 100 år utfylld mark och ett gasverk samt industrier på platsen har lämnat efter sig mark och grundvatten som är kraftigt förorenat av bl.a. bensen. För att kontrollera att inte bensenföroreningen sprider sig har dyra och omfattande provtagningar utförts i flera år. Traditionell provtagning i grundvattenrör, som tidigare har använts, tar mycket tid och kräver pumpning av förorenat grundvatten i stora volymer, som måste tas omhand. I den här undersökningen utfördes en statistisk jämförelse av en ny provtagningsteknik (passiv diffusionsprovtagning) med traditionell provtagning med pumpning. I undersökningen installerades också två nya grundvattenrör för provtagning av bensen. Bensen är en mycket cancerogen förorening som kan ge leukemi vid lång tids exponering för ämnet i vätska eller gasfas.

Traditionell provtagning kräver att man först pumpar upp ca 2-3 volymer av det stående vattnet i röret, för att nytt grundvatten ska kunna tränga in (en så kallad omsättning). Detta för att stillastående vatten kan ha reagerat och ger då en missvisande bild av grundvattnets kvalitet. Vid låga grundvattenflöden kan pumpningen ta mycket lång tid. Provet tas på det nya vattnet genom pumpning eller med annan vattenhämtare (t.ex. bailer). Denna metod innebär att vattnet av misstag kan syresättas eller kontamineras innan det når provkärlet.

Passiv diffusionsprovtagning bygger däremot på osmotisk transport och kräver ingen pumpning. Den osmotiska transporten bygger på att omgivande grundvatten innehållande föroreningar transporteras genom ett membran till provtagaren som då får samma koncentration och sammansättning som omgivande vatten. Provtagaren innehåller en membranpåse med destillerat vatten som installeras i grundvattenröret på valt djup. Metoden är helt passiv, d.v.s. den sker av sig själv, utan att fältingenjören behöver göra en omsättning (pumpning) för att få in nytt vatten i brunnen. Provtagaren lämnas ute ca 2-4 veckor och vattenprovet kommer då att representera de senaste dagarnas vattensammansättning, innan den tas upp. Ur provtagarens membranpåse kan sedan ett vattenprov uttas och skickas på analys. På det viset kommer det provtagna vattnet inte att komma i kontakt med varken luft eller annat som kan få föroreningen att reagera eller vattenprovet att kontamineras.

Inom ramen för undersökningen togs prover i fem rör med båda provtagningsmetoderna. Proverna skickades till laboratorium för kemisk analys med avseende på bensen. Jämförelsen av provtagningsteknikerna skedde sedan statistiskt samt genom en litteraturstudie av fördelar och nackdelar med de båda metoderna.

Generellt tyder analyssvaren på att både traditionell och passiv provtagning ger höga bensenhalter i de grundvatten-rör som tidigare har haft höga halter. Traditionell provtagning gav de högsta halterna medan den passiva provtagaren var mer effektiv på att fånga upp låga bensenhalter. Den passiva provtagaren gav detekterbara bensenhalter i fler rör än vid den traditionella provtagningen. Statistiskt sett var provtagningsteknikerna olika, men de passiva provtagarna tycks ändå följa samma mönster som provtagningar med traditionell provtagning. Fler mätdata behövs för att säkert kunna utvärdera metoden statistiskt. Även om resultaten inte var lika rent statistiskt betyder inte detta att halterna från den passiva diffusionsprovtagningen är fel. Man bör snarare titta på orsaken till olikheterna. Förklaringen till de olika bensenhalterna kan bl.a. vara att i den traditionella provtagningen uttas prover från en större volym vatten än i den passiva. Det kan också ha gått för lång tid mellan provtagningstillfällena för att kunna jämföra dem. Dessutom tillkommer installations-, laboratorie- och fälttekniska felkällor som en bidragande orsak till de olika analyssvaren.

Den nya provtagningsmetoden är tidsbesparande i fält och ger en mer hygienisk provtagning utan risk för kontaminering eller diffundering av prover. Metoden lämpar sig väl för organiska, flyktiga föroreningar, som t.ex. bensen. Därför är en passiv metod att föredra för att ge representativa prover och skulle kunna lämpa sig väl för framtida kontrollprogram för bensen i området.

• author: Graaf, Emma
• supervisor: Conny Svensson
• organization: Engineering Geology; Environmental Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: VTG820 20151
• year: 2015
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering; Earth and Environmental Sciences
• keywords: groundwater flow grundvattenflöde, passive diffusion sampling, environmental assessment, installation of groundwater monitoring wells, soil-rock penetration test, benzene, gas works, groundwater, Contaminated soil, passiv diffusionsprovtagning, miljöprovtagning, grundvattenrörinstallation, JB-sondering, bensen, gasverk, förorenad mark, grundvatten
• report number: ISRN LUTVDG / (TVTG--5139) / 1-66 /(2015)
• other publication id: ISRN LUTVDG / (TVTG--5139) / 1-66 /(2015)
• language: Swedish
• additional info: Examinator: Gerhard Barmen
• id: 7392121
• date added to LUP: 2015-06-22 13:01:07
• date last changed: 2020-09-10 09:45:21