MTO Case Study: NIOO. Effecten van MTO op de bodem en grondwaterkwaliteit. 4 juni 2019 Workshop HTO bij Koppert Cress Gebruikersplatform Bodemenergie

Transcriptie

1 MTO Case Study: NIOO Effecten van MTO op de bodem en grondwaterkwaliteit Peter Oerlemans 4 juni 2019 Workshop HTO bij Koppert Cress Gebruikersplatform Bodemenergie

2 Inhoud Heatstore NIOO Effecten Toekomst warmteopslag

3 Geothermica Heatstore (2018) Heatstore Internationaal onderzoeksprogramma 9 landen, 24 partijen Doel: Ontwikkeling van ondergrondse warmteopslagtechnieken Methode: Onderzoek naar ondergrondse warmteopslag (T = o C): Case-studies Demonstratieprojecten Kennisontwikkeling en deling Resultaat: Verlaging kosten Verlaging risico s door aansluitende monitoring van ondergrond Hogere opslagrendementen

4 NIOO: Nederlands Instituut voor Ecologie

5 NIOO Gebouw Duurzaam en ecologisch verantwoord ( cradle to cradle ) State of the art Gebouwbeheersysteem MTO gevoed door zonnewarmte (doublet, 45 o C) NIOO & Heatstore Waardevolle partner Unieke dataset (8 jaar monitoring) Praktijkervaring in proces realisatie van MTO-systeem Ervaring van NIOO is van belang voor vorming beleid MTO/HTO

6 NIOO: Bronopstelling Koude Bron (25 o C) Warme Bron (45 o C) Meetput (4 peilbuizen)

7 NIOO: Bronopstelling Realisatie en ontwerp (2010) Pionier Opslag in hydrologische basis Monitoringsopstelling Verplaatsing zoet-zout grensvlak monitoren Peilbuizen (bronnen en meetput) Monitoring (halfjaarlijks) Grondwatersamenstelling Temperatuur

8 Mogelijke effecten op de ondergrond Thermisch Opwarming opslagpakket Opwarming rond bronnen Grondwatersamenstelling Menging (verzilting) Mineraalevenwicht Mobilisatie Redox Microbiologie

9 Thermisch - Temperatuurprofiel meetput Meetput 50 m van warme bron WKO Effect van WKO (warme bron) gemeten Geen effect MTO gemeten Minder geïnjecteerd dan beoogd Locatie warmtefront (theoretisch) Beoogd: 38 m van warme put Huidig: 20 m van warme put MTO WKO: m-mv HTO: m-mv

10 Thermisch Temperatuurprofielen bronnen Opstelling Peilbuizen direct naast bron geplaatst Verwachting Opwarming in peilbuis (zie T-profiel)

11 Thermisch Temperatuurprofielen bronnen

12 Thermisch Temperatuurprofielen bronnen Observatie Opwarming in peilbuis (zie T-profiel) Interpretatie Temperatuur in peilbuizen beïnvloed door 1. Bronwater (sterke invloed door geleiding) 2. Grondwaterstroming 3. Warme WKO bron (54-83 m-mv) Temperatuur in peilbuis weinig representatief voor verdere omgeving put Temperatuur in peilbuis wel representatief ter diepte van warmteopslag

13 Grondwatersamenstelling Effecten op grondwatersamenstelling door: Menging (verzilting) Mobilisatie Mineraalevenwicht Redox Microbiologie Literatuur en monitoringsresultaten

14 Menging - Monitoring Chloride als indicator voor zoutgehalte Startsituatie: Bovenkant filter: zoet grondwater Onderkant filter: zout grondwater Menging Homogenisering van concentraties rondom filters Concentratie van Cl neemt toe aan bovenkant opslagtraject

15 Menging - Verzilting door chloride Interpretatie zoet-zout grensvlak op basis van gemeten chloridewaardes:

16 Mineraalevenwicht Literatuur Toename in temperatuur: Kalkneerslag Oplossing mineralen (Si, K lossen op) In de praktijk blijkt een oververzadiging van kalk niet direct tot neerslag te leiden (Meer met Bodemenergie (2013)) Inhibitie: Aanwezigheid organische stoffen, magnesium, fosfaat Tot 50 o C is vaak geen waterbehandeling nodig, ook al is carbonaatneerslag op basis van theorie te verwachten (Heidemeij 1987; Snijders 1991, 1994; Knoche 2013) Hogere temperaturen (bv. 90 o C): waterbehandeling nodig

17 Mineraalevenwicht Monitoring NIOO Ca, Mg en Si laten geen tegenovergestelde, maar juist vergelijkbare trend zien Temperatuur lijkt nog niet hoog genoeg voor grootschalige Si-oplossing en carbonaatneerslag Mengingseffecten overschaduwen effecten van neerslag en oplossing

18 Mobilisatie - Literatuur Mobilisatie: stoffen komen los van een vaste fase (zandkorrel, suspensiedeeltje) door verhoogde temperatuur en komen zo in oplossing (grondwater) terecht Arseen Boor DOC

19 Mobilisatie - Literatuur Brons et al. (1991) COD = Chemical Oxygen Demand Mobilisatie van organische stof vanaf o C

20 Mobilisatie - Monitoring Elementen die mogelijk gemobiliseerd worden door toename in temperatuur: Boor neemt toe boven menging -waarde Arseen Referentiemeting: overal onder detectiegrens (5µg/l) M.u.v. peilbuis F2 boven warme bron Verhoging peilbuis F2 boven warme bron Arseen wordt sinds voorjaar 2018 bij elke monstername gemeten

21 Microbiologie - Literatuur Risico s m.b.t. microbiologie Microben hebben een optimale groeitemperatuur Opwarming ondergrond kan leiden tot verbetering groeicondities Mogelijke vergroting voedselaanbod door mobilisatie van organisch koolstof Focus op pathogene microben: relevant voor grondwaterkwaliteit

22 Microbiologie - Literatuur Beperkingen voor microbiologische groei Vereisten voor microbiologische overleving en groei Bouwstenen C, N, P Voedsel (organisch koolstof) Aanwezigheid van oxidatoren, nodig voor metabolisme (zuurstof, nitraat, sulfaat) Microben zijn overal aanwezig, maar lang niet altijd gevaarlijk Diep grondwater is typisch anoxisch (geen zuurstof en nitraat) arm in organisch materiaal (voedsel) dat opgenomen kan worden door microben Onder anoxische condities (diep grondwater) zijn gezondheidsrisico s door pathogene micro-organismen klein (KWR, 2013)

23 Microbiologie - Monitoring Kiemgetallen laten initiële piek zien, daarna afname Installatie van bron Overige Microbiologische parameters: geen toename Aeromonas: initiële piek, daarna <1 kve/100ml Coliformen, E. Coli, Enterococcen, Sulfiet-reducerende Clostridia altijd <1kve/100ml *kve = kolonie vormende eenheden Omstandigheden in anoxisch, voedselarm en gereduceerd grondwater niet bevorderlijk voor pathogene microbiologie Bovendien: Gesloten systeem, d.w.z. geen contact met oppervlakte

24 Conclusies effecten Thermische effecten zijn primair belangrijk Chemische en microbiologische veranderingen treden op ten gevolge van temperatuurtoename Uitzondering: Menging van verschillende watertypen, afwezigheid scheidende laag Mate van verandering grondwatersamenstelling afhankelijk van 1. Kans op menging van verschillende watertypen 2. Verandering in temperatuur 3. Originele samenstelling ondergrond Relevant voor grondwaterkwaliteit (zoetwaterlagen): Menging (verzilting) Mobilisatie (arseen en DOC) Zuurstof (pathogene microbiologie)

25 Toekomst warmteopslag Potentie van ondergrond voor warmteopslag is groot Kennis van bodemopbouw en eigenschappen is belangrijk voor inschatting effecten Toepassing in zoute pakketten laagdrempelig: weinig omgevingsbelangen Zoetwaterpakketten verdienen aandacht

26 Vragen Peter Oerlemans