Loading...
HomeMy WebLinkAboutNC0001422_App E Alternative Methods_20160201  Page 1  P:\Duke Energy Progress.1026\108. Sutton Ash Basin GW Assessment Plan\20.EG_CAP\CAP Part  2\Text\Groundwater Extraction.docx  Groundwater Extraction A preliminary plan for a hydraulic containment system and performance monitoring  has been developed to control and prevent further migration of boron in groundwater  from the Site along the eastern property boundary.  The plan was developed by HDR  and submitted to the NCDEQ in June 2015.  An expansion of this system can be  developed to incorporate removal of constituent mass in groundwater closer to the  source before it has migrated to the Site compliance and property boundaries.  Application and Effectiveness Extraction wells would be placed in two lines oriented north to south.  The first line  would be placed as part of the interim corrective action, along the eastern property line.   A total of 12 wells are proposed in the HDR plan.  An additional six wells could be  added immediately adjacent to the east side of basin.    The length of the eastern perimeter line of extraction wells is approximately 6,400 feet  and the length of the central line of wells is approximately 4,600 feet.  The ground  surface elevation is about 10 to 20 feet msl; the wells would extend to the top of the Pee  Dee formation, which is approximately 50 feet below ground surface (bgs).  According  to the HDR plan, assuming a hydraulic conductivity of 100 ft/day, a gradient of 0.001,  and an aquifer thickness of 40 feet; a pump rate of 350 gallons per minute will or 25  gpm per well (for the perimeter wells) will create a stagnation point of 1,700 feet from  the center line of the pumping wells.  Similar conditions are anticipated for the central  line of wells as the geology is fairly uniform across the Site.  Groundwater modeling  indicating the effectiveness of the groundwater extraction system are illustrated in  Appendix B.  The final number of extraction wells will be based on pumping test(s).  Well discharge  would go to a header pipe and then to a treatment system.  An electrical control system  will be installed with a method for remote communication will be included.   The  Groundwater Extraction Appendix E L.V. Sutton Energy Complex Alternative Methods for Achieving Restoration Page 2  P:\Duke Energy Progress.1026\108. Sutton Ash Basin GW Assessment Plan\20.EG_CAP\CAP Part  2\Text\Groundwater Extraction.docx  system would be maintained until concentrations are below comparative values at the  property line.    Groundwater extraction wells have been used for remediation of various constituents   for many years. Advantages of groundwater extraction wells are that groundwater can  be recovered from significant depths and the extraction depth can be targeted and  discrete; pumps can be sized and operated in a strategic manner in order to move the  desired volume of water.   However, groundwater extraction by means of pumping  wells brings disadvantages including costs to purchase pumps, install wells and  associated piping, and operation and maintenance.   Additionally, treatment of  removed groundwater can be complex and expensive.  Long term maintenance will be  required to avoid biofouling of well screens.    Groundwater modeling has been conducted to help evaluate the effectiveness of  groundwater extraction wells both at the east side of the basins and at the eastern  property line.  The groundwater model provides simulations of the short (5 year) and  long term (15‐30 year) effects of hydraulic control.  A copy of the groundwater  modeling report is presented in Appendix B.  Groundwater Extraction Wells - Implementability/Feasibility Constituents with low Kd values (boron) can be effectively captured with this  technology; whereas constituents with greater Kd values (greater than 5 to 10) will not  be effectively addressed because of the time required for these constituents to reach a  well screen.      The 1971 and 1984 ash basins will be removed.  A rail line has been constructed  alongside the 1971 basin to transport the ash for offsite disposal.  The loading area is  located on the southeastern portion of the 1984 basin.  A landfill is proposed between  the ash basins and the eastern Site boundary.  Additionally, a treatment system is being  constructed north of the ash basins to treat water from the dredging of the 1971 basin.  The central line of groundwater extraction wells may be installed along the eastern side  of the 1971 and 1984 basins, between the basins and the footprint of the future landfill,  preferably west of the compliance boundary.  The wells should be as close to the basins  as is feasible without being overly influenced by the surface water body that will  remain following closure of the 1971 basin.  There should be sufficient room available  for well installation and trenching for piping in this area, however, the design and  implementation will need to be done in close cooperation with the excavation activities  and the construction/operation of the landfill and treatment system.     Groundwater Extraction Appendix E L.V. Sutton Energy Complex Alternative Methods for Achieving Restoration Page 3  P:\Duke Energy Progress.1026\108. Sutton Ash Basin GW Assessment Plan\20.EG_CAP\CAP Part  2\Text\Groundwater Extraction.docx  Aquifer testing will provide information required to scale the groundwater extraction  system and pumping equipment. Results of aquifer testing will be used to complete the  final extraction system design and may also be used to refine results from groundwater  modeling. An engineering report will provide detailed design methodologies,  calculations and equipment selection criteria. Construction drawings will be provided  with the system design.   Groundwater Extraction Wells - Environmental Sustainability Groundwater extraction wells remove coal ash constituents from the subsurface as  water is pumped from the wells. Hydraulic capture of groundwater controls migration  of constituents from underneath the ash basin and from moving offsite. Groundwater is  subsequently routed to a basin for treatment such as pH buffering and then discharged  to the Cape Fear River or the Site cooling pond under an NPDES permit.   Groundwater Extraction Wells - Cost Hydraulic capture by means of a groundwater extraction system includes capital costs  for installation of groundwater extraction wells and associated piping and equipment  such as down well pumps. System operation time has been modeled for 30 years.  Therefore, operation and maintenance costs for a 30‐year period are included for  comparison purposes.   System Design and Installation $2.8 M  O&M over 30 years $5.3 M  Total Present Worth Cost (minus treatment) $8.1 M  Groundwater Extraction Wells - Stakeholder Acceptance The area involved with installation of a groundwater extraction system and the area to  be treated by hydraulic capture includes the north central portion of the Site as well as  the eastern Site boundary and adjacent properties to the east of the line of recovery  wells.  The property east of the Site is used for light industrial/commercial activity.  The  influence of the recovery wells will extend offsite to the east of the Site; however, based  on the high hydraulic conductivity of the surficial aquifer, significant drawdown is not  anticipated within the capture zone. Installation and operation of a groundwater  extraction system is not expected to significantly or negatively affect the surrounding  properties.       Groundwater Extraction Appendix E L.V. Sutton Energy Complex Alternative Methods for Achieving Restoration Page 4  P:\Duke Energy Progress.1026\108. Sutton Ash Basin GW Assessment Plan\20.EG_CAP\CAP Part  2\Text\Groundwater Extraction.docx  Permits that may be required for a groundwater extraction system included the  following:  NCDEQ recovery well permits,   Erosion & sediment control permit  Modification of the existing NPDES permit      Page 1  P:\Duke Energy Progress.1026\108. Sutton Ash Basin GW Assessment Plan\20.EG_CAP\CAP Part  2\Text\Interceptor Trench rev 1.docx  Interceptor Trench + MNA Use of an interceptor trench conceptually involves control of the migration of  groundwater from the east side of the 1971 and 1984 basins. An approximately 4,600 ft.  long groundwater collection trench would be installed along the eastern perimeter of  the basin.  Similar to the extraction well scenario, the groundwater would be pumped to  a treatment system for pH adjustment prior to discharge through the NPDES outfall.    Interceptor Trench – Application and Effectiveness Interceptor trenches are an effective means of maintaining hydraulic control at waste  management sites. Trench construction may vary from a simple design where the  excavated trench is backfilled with gravel allowing groundwater to drain to a discharge  point by means of gravity. Alternatively, interceptor trenches may be constructed with  perforated piping installed at the bottom which is connected to a collection sump on the  downgradient end. A pumping system collects groundwater from the trench and moves  it to a treatment chamber and then to a discharge point.   An interceptor trench would extend approximately 4,600 feet along the eastern  perimeter of the 1971 and 1984 basins.  The surficial zone consisting of silty sands,  which are typically saturated at 7 to 10 feet bgs, and extends 50 feet downward to the  top of the Pee Dee formation.  The bulk of the contaminant mass is located in the lower  portion of this surficial zone.  The interceptor trench would have to extend to the top of  the Pee Dee formation and would therefore have a saturated thickness of 40 to 45 feet.  Collected water would be routed to a treatment system for discharge to the Site cooling  pond or the Cape Fear River under an NPDES permit.  As with the extraction well  system, flow rates are expected to be high, in the range of 500 to 600 gallons per minute.  The same limitations pertaining to Kd values discussed above apply to trenches as well.   Interceptor trenches generally require less equipment and labor than a system of  groundwater extraction wells. The pump system can be limited to one or two stations  rather than pumps installed at each of a network of extraction wells. Interceptor  trenches also offer a positive cutoff of the migration of contaminants, whereas  Interceptor Trench Appendix E L.V. Sutton Energy Complex Alternative Methods for Achieving Restoration Page 2  P:\Duke Energy Progress.1026\108. Sutton Ash Basin GW Assessment Plan\20.EG_CAP\CAP Part  2\Text\Interceptor Trench rev 1.docx  groundwater extraction wells have the potential to allow some continuing migration  between wells (Gilbert and Gress, 1987).  Interceptor Trench - Implementability/Feasibility Implementation of an interceptor trench given the Site conditions is problematic.  First,  the bulk of the contaminant mass is near the bottom of the surficial aquifer, so the  trench would have to extend to a depth of approximately 50 feet.  Second, installation of  an interceptor trench would be much more invasive to the planned activities in the area  east of the ash basins; construction of the landfill and excavation of the ash basins.  Construction plans would incorporate continued drainage or dewatering by rerouting  or pumping water to a temporary collection basin before discharge to the cooling basin  or the Cape Fear river.  The trench could be constructed to naturally drain southward  toward the nearby cooling pond discharge canal, if this were the permitted outfall.   An engineering report can be provided detailing design methodologies, calculations  and equipment selection criteria.  Construction drawings can be provided with the  system design.  Interceptor Trench - Environmental Sustainability An interceptor trench will provide positive cutoff of coal ash constituents as they  migrate through the surficial unit underneath and away from the ash basin boundary.  Groundwater will flow south along the trench to a pump station. The water is then  pumped to a holding basin for treatment such as pH buffering and then discharged to  the cooling pond or the Cape Fear River under a NPDES permit.   Interceptor Trench - Stakeholder Acceptance The area involved with potential installation of an interceptor trench is in the central  portion of existing plant property.  Installation and operation of an interceptor trench is  not expected to affect the surroundings in such a way as it will meet with resistance  from nearby property owners.  The on‐site area east of the active basin is mapped as wetlands. Permits that may be  required for a groundwater extraction system included the following:  NCDEQ recovery well permits,   Erosion & sediment control permit  Modification of the existing NPDES permit    Page 1  P:\Duke Energy Progress.1026\108. Sutton Ash Basin GW Assessment Plan\20.EG_CAP\CAP Part 2\Text\Passive  Vertical Barrier.docx  Passive Vertical Barrier + MNA Passive vertical barriers (PVBs) provide control over groundwater movement by cutting  off or re‐directing groundwater flow. Also known as groundwater barriers or cut‐off  walls, PVBs can be constructed of low permeability materials such as bentonite slurries.  Passive Vertical Barrier – Application and Effectiveness A PVB installation on the east side of the active basin conceptually involves  construction of a 4,600 ft long wall to approximately 50 feet deep. This would allow for  coverage across the eastern perimeter of the basins and the depth would tie the wall to  of the top of the low‐flow Pee Dee Formation.  The PVB could be constructed of  bentonite or concrete slurry or steel sheet piling. The joints in sheet piling may be  grouted but still leave the potential for leakage.  Further groundwater modeling may be  needed to evaluate the effectiveness of a PVB and to insure that unwanted effects such  as groundwater mounding will not become problematic.  Passive Vertical Barrier - Implementability/Feasibility As with an interceptor trench, implementation of a PVB is problematic given the depth  of the contaminant mass, the top of the Pee Dee and Site construction in the area..  An engineering report can be provided detailing design methodologies, calculations  and equipment selection criteria.  Construction drawings can be provided with the  system design. Preliminary costs and implementation timeframes are provided below.  Passive Vertical Barrier - Environmental Sustainability A PVB will provide cutoff of coal ash constituents as they migrate through the surficial  unit underneath and away from the ash basin boundary. However, constituents are not  removed from the groundwater flow system and a barrier alone may lead to unwanted  effects such as mounding of groundwater.     Passive Vertical Barrier Appendix E L.V. Sutton Energy Complex Alternative Methods for Achieving Restoration   Page 2  P:\Duke Energy Progress.1026\108. Sutton Ash Basin GW Assessment Plan\20.EG_CAP\CAP Part 2\Text\Passive  Vertical Barrier.docx  Passive Vertical Barrier - Cost Installation costs to install a PVB along the east side of the active basin are provided  below.  PVB Installation – Sheet piling $5.0 M  PVB Installation – Bentonite slurry wall $10 M  Time to design, permit and construct 2 years  Passive Vertical Barrier - Stakeholder Acceptance The area involved with installation of a PVB is on existing plant property.  The property  east of the active basin beyond the property boundary is currently forested. Installation  of a PVB is not expected to affect the surroundings in such a way as it will meet with  resistance from nearby property owners.   Permits that may be required for a PVB system included the following:  Erosion & sediment control permit          Page 1  P:\Duke Energy Progress.1026\108. Sutton Ash Basin GW Assessment Plan\20.EG_CAP\CAP Part  2\Text\Phytoremediation.docx  Phytoremediation + MNA Phytoremediation is appropriate at Sites where a low permeability cap is not  implemented. For example, in a cap in place scenario, phytoremediation may be  implemented in areas adjacent to the basins and in downgradient areas. Alternatively, if  an ash basin is excavated and graded to drain naturally, phytoremediation may be  implemented to address residual constituents left in soil in the basin footprint.  Phytoremediation – Application and Effectiveness Phytoremediation involves the use of selected specialty plants (e.g., Hybrid Poplars,  Vetiver Grass) with root systems that can penetrate into the surficial deposits (~10‐20 ft)  and are known to be capable of metals uptake, boron accumulation, and high  evapotranspiration (ET) water consumption potentials.  The trees are planted in a  plantation configuration termed a “phytoplot” and can be irrigated with extracted  groundwater to remove/sequester targeted CCR constituents. The trees would extract  and evapotranspire large volumes of groundwater during the growing season  providing groundwater hydraulic control.  In addition, the trees would extract soluble  coal ash constituents which would be incorporated into the plant tissue biomass.  Phytoremediation may be used in conjunction with other remedial approaches such as  interceptor trenches and MNA. Methods involved in the remediation of groundwater  impacted with inorganic constituents include:  Evapotranspiration – The ability of plants to intercept, take up and transpire  large volumes of surface and/or groundwater.  Phytoextraction – contaminant uptake and storage in biomass   Rhizodegradation – The breakdown of contaminants in the soil through  microbial activity.  Phytovolatilization – Contaminant uptake followed by volatilization  Phytoremediation Appendix E L.V. Sutton Energy Complex Alternative Methods for Achieving Restoration   Page 2  P:\Duke Energy Progress.1026\108. Sutton Ash Basin GW Assessment Plan\20.EG_CAP\CAP Part  2\Text\Phytoremediation.docx  Phytostabilization ‐ Plant biological processes or physical characteristics  transform metals into immobile forms  Phytodegradation – The uptake of contaminants from soil, sediments and  water and the subsequent breakdown of the contaminants through metabolic  processes within the plant.  Phytoremediation of groundwater contaminated by metals, metalloids, and non‐metals  generally involves phytoextraction (Salt et al., 1995; Kumar et al., 1995; Cornish et al.,  1995; Banuelos et al., 1999).  Photoextraction relies on the use of certain plant species  (hyperaccumulators) that have the ability to selectively accumulate high concentrations  of metals, metalloids or non‐metals in their biomass (Pivetz, 2001).  This allows for the  removal of unwanted constituents from groundwater and facilitates the recycling of  these constituents back into the biogeochemical cycle.    Based on a preliminary review, the following plant species are both appropriate to treat  ash constituents and suitable for the site growth zone:  Hybrid Poplar (OP‐367)  Hybrid Poplar (DN‐34)  Vetiver Grass  Hybrid Black Willow  Fescues (multiple species)  Chinese Brake Fern  Phytoremediation requires the media needing treatment to be within the zone of  influence of the plant roots; therefore, it is most effective close to the ground surface.   Phytoremediation would involve the installation of specialty clones of the hybrid and  willow tree families into the excavated basin.   The trees would be planted directly into  the post‐excavated base substrate of the basin or, if these soils are incapable of  supporting tree growth, into a supplemental soil blanket placed in the basin bottom.   The trees would be selected for their ability to uptake and sequester boron, arsenic and  other CCR constituents.  Several clones of the poplar and willow families are available  to achieve this objective.  In addition, the trees would evapotranspire large quantities of  ground water back into the atmosphere.  At a planting density of 622 trees per acre,  high ET loss rates during the growing season (i.e., greater than 25 gallons/tree/day)  could lower groundwater levels by over a foot per year and would be an effective  Phytoremediation Appendix E L.V. Sutton Energy Complex Alternative Methods for Achieving Restoration   Page 3  P:\Duke Energy Progress.1026\108. Sutton Ash Basin GW Assessment Plan\20.EG_CAP\CAP Part  2\Text\Phytoremediation.docx  means to prevent the off‐Site migration of groundwater and CCR constituents.  The  trees would be harvested on 12‐year cycles and sold for pulpwood.  Replanting would  not be necessary as the “coppiced” trees would regenerate naturally.   Application of this technology may be appropriate for at least two scenarios 1)  remediation of residual constituents in soil and groundwater beneath the footprint of  excavated ash basins and/or, 2) remediation and control of constituents in soil and  groundwater downgradient of ash basins.  The utility of this approach depends upon  the final configuration of the closed basin.    Phytoremediation can provide hydraulic control by consumption of groundwater and  act to sequester boron, arsenic and other ash‐related constituents. Approximately 5  years after planting the hybrid poplars and willows are capable of evapotranspiring  over 25 gallons of water per tree per day during the growing season. Assuming a  planting density of 622 trees per acre, potential evapotranspiration (PET) would exceed  average precipitation by a factor of 2. This would result in a lowering of average water  table depth and a significant reduction of recharge through soil zone with residual ash  influence.  Long term operation and maintenance costs are generally very low when compared to  active remedial technologies.  Phytoremediation - Implementability/Feasibility Phytoremediation is most feasible as a ‘polishing’ remediation in the footprint of  excavated ash basins and/or as remediation/hydraulic control in downgradient areas.  Phytoremediation - Environmental Sustainability Phytoremediation is generally considered a “green” remediation technology. Trees may  be harvested and sold for pulpwood at 12‐year cycles. Both hybrid poplar and willows  will regenerate from rootstock and need not be re‐planted.  Phytoremediation - Cost Approximate phytoremediation costs for site preparation, planting, hydroseeding, soil  amendments, irrigation and fencing are estimated as follows:    Site Preparation and Planting $18.5 M  Irrigation and Fencing $16.0 M  O&M over 30 years $2.0 M  Phytoremediation Appendix E L.V. Sutton Energy Complex Alternative Methods for Achieving Restoration   Page 4  P:\Duke Energy Progress.1026\108. Sutton Ash Basin GW Assessment Plan\20.EG_CAP\CAP Part  2\Text\Phytoremediation.docx  These costs assume application to the 1971/1984 basins and downgradient areas and the  FADA (800 acres total).  Phytoremediation - Stakeholder Acceptance Phytoremediation is likely to be acceptable to stakeholders. The areas considered for  corrective action is undeveloped and naturally vegetated outside of the ash basin and  phytoremediation would blend with terms of Site conditions and continuity of land use.