Evaluering av et pumpe og renseanlegg for PFOS-forurenset grunnvann ved brannøvingsfeltet på Oslo Lufthavn, Gardermoen

Abstract

Ved brannøvingsfeltet (BØF) på Oslo Lufthavn som er lokalisert på Norges største iskontakt-delta og akvifer, ble det i 2015 starte opp et pumpe- og renseanlegg for perfluoroktylsulfonat (PFOS)-forurenset grunnvann. Dette ble gjort etter krav fra Miljødirektoratet om å hindre spredning av miljøgiften som i perioden 1990-2001 ble tilsatt brannslukningsskum benyttet til slokningsøvelser. Norconsult kom fram til en utforming av anlegget basert på simuleringer i en hydrogeologisk numerisk modell. Målet i denne masteroppgaven er å vurdere hvorvidt pumpe- og infiltrasjonsbrønnene i anlegget lykkes i å hindre PFOS-spredning. Dette innebærer å vurdere pumpe- og infiltrasjonsbrønnene, PFOS-spredningen i området og påliteligheten til modellen.

Nyere data for grunnvannstandsmålinger og pumperater, samt antatte infiltrasjonsrater, ble lastet opp i den numeriske modellen. Det ble laget et lokalt horisontalt forfinet rutenett i BØF-området. Gradientene rundt pumpe- og infiltrasjonsbrønnene, samt simulerte strømningsveier til advektivt transporterte vannpartikler, ble undersøkt i begge modellene. I den regionale modellen ble det utført en simulering av reaktiv PFOS-transport. Grunnvannstandsmålinger i infiltrasjonsbrønnene og pumpebrønnene med tilhørende pumperater ble analysert. PFOS-konsentrasjonene ble undersøkt i pumpebrønnene, samt brukt til å lage konturkart og til å utføre korrelasjonsanalyser mellom PFOS-konsentrasjoner og grunnvannsstand i observasjonsbrønner.

Den største simulerte senkningen rundt pumpebrønnene i det forfinede subgitteret og i den regionale modellen var henholdsvis 75 og 35 cm. Ut ifra vannpartikkelsporingen strømmet enkelte av partiklene forbi pumpebrønnene nedstrøms BØF i den regionale modellen, mens ingen strømmet forbi i subgitteret. Ut ifra massetransportsimuleringen ble PFOS-konsentrasjonene forbi pumpebrønnene aldri høyere enn den stedsspesifikke akseptgrensen på 300 ng/. Det ble simulert en rensetid på 25 år før det er oppnådd lavere PFOS-konsentrasjonene enn akseptgrensen. Ut ifra de statistiske analysene ble det funnet varierende korrelasjonskoeffisienter mellom PFOS-konsentrasjoner og grunnvannstandsnivåer fra -0.65 til 0.34.

Størrelsen på den simulerte senkningen og oppstuvningen rundt de aktive brønnene viste seg å ha stor betydning for hvorvidt vannpartiklene strømmer mot framfor forbi brønnene. Brønnene antas å være mer effektive til å hindre PFOS-spredning enn det som ble simulert på grunn av en enda større observert senkning i felt. Den simulerte grunnvannsstanden antas å være representativ for forholdene i felt på grunn av en vellykket kalibrering med grunnvannsstandsmålinger i observasjonsbrønner. Det samme gjelder ikke for rensetiden grunnet en stor usikkerhet rundt den effektive porøsiteten og fordelingskoeffisienten til PFOS, som ikke lot seg kalibrere med de tilgjengelige feltdataene. Mediandypene viste seg å være i kontakt med filteret i samtlige av de aktive pumpebrønnene. De brønnene som ble vurdert som dårlige eller middels gode viste seg å pumpe opp de høyeste PFOS-konsentrasjonene. Dette kan skyldes at grunnvannsspeilet i store deler av tiden er i kontakt med filteret og at PFOS er et overflateaktivt stoff som akkumuleres i luft-vann grensesjiktet. I tillegg kan PFOS adsorberes i de oppumpede luftboblene som dannes når pumpen delvis eksponeres for luft. Det ble ikke funnet noen entydige statistiske sammenhenger eller trender for PFOS-konsentrasjonene i observasjonsbrønnene, eller mellom brønnene på BØF og området lenger nedstrøms. De varierende konsentrasjonene antas å skyldes kompleks infiltrasjon gjennom PFOS-forurenset jord, fluktuerende grunnvannsspeil, kapillær stigning og uttynning.

At the firefighting training facility (FTF) at Oslo Airport, which is located at Norway’s largest ice-contact delta and aquifer, a pump and treat remediation plant for perfluorooctyl sulfonate (PFOS)- contaminated groundwater started operating in 2015. This was a measure to meet the demands from the Norwegian Government to prevent spreading of the pollutant that in the period 1990-2001 was added in the firefighting foam used at the FTF. Norconsult developed a design of the plant based on simulations in a hydrogeological numerical model. The aim of this master's thesis is to assess the pumping- and infiltration wells success in preventing PFOS spreading in the environment. This involves investigating the pumping and infiltration wells, the distribution of PFOS in the area and the reliability of the model.

Recent data for groundwater levels, pumping rates and estimated infiltration rates, were uploaded in the numerical model. A locally horizontally refined grid was created for the FTF area. The gradients around the pump and infiltration wells, as well as simulated flow paths to advectively transported water particles, were investigated in both models. In the regional model, a simulation of reactive PFOS transport was performed. Data for groundwater levels in the infiltration wells and pumping wells with associated pumping rates were analyzed. The PFOS concentrations were investigated in the pumping wells and in observation wells to perform correlation analyzes between PFOS concentrations and groundwater levels.

The largest depression at the pump well in the refined subgrid and the regional model was simulated to be 75 cm and 35 cm, respectively. Based on the water particle tracking, some of the particles propagated past the pumping wells downstream of FTF in the regional models, while none of the particles bypassed the pumping wells in the refined subgrid. Based on the mass transport simulation, the PFOS concentrations downstream the pumping wells never exceeded the site-specific acceptance limit of 300 ng/. A treatment duration of 25 years was simulated before the PFOS concentration was below the acceptance limit. Based on the statistical analyzes, correlation coefficients were found between PFOS concentrations and groundwater levels varying from -0.65 to 0.34.

The magnitude of the simulated depression and impression around the active wells showed to be important for determining if water particles flow towards rather than past the wells. The wells are assessed to be even more effective in preventing PFOS spread than was simulated due to an even larger observed depression in the field. The simulated groundwater level is assumed to be representative of the conditions in the field due to a successful calibration with measured levels in observation wells. The same does not apply to the treatment duration due to large uncertainty in the effective porosity and the distribution coefficient of PFOS, which could not be calibrated with the available field data. The median value-depths were found to be in contact with the filter in all the active pumping wells. The wells that were considered poor or moderately good were found to produce water with the highest PFOS concentrations. This is due to the groundwater table at most times being in contact with the filter and PFOS being a surfactant that accumulates in the air-water boundary layer. In addition, PFOS can be adsorbed in the inflated air bubbles that are formed when the pump is partially exposed to air. No unambiguous statistical relationships or trends were found for the PFOS concentrations in the observation wells, or between the wells at FTF and the area further downstream. The varying concentrations are assumed to be due to complex infiltration through PFOS-contaminated soil, fluctuating groundwater levels, capillary rise and dilution.