This is an HTML version of an attachment to the Freedom of Information request 'Boreholes and Groundwater contamination: GDF Borehole exploration by Applicants for a DCO'.


 
 
 
 
 
 
Dr Andrew Craze 
 
 
 
 
 
Ref: GDF/T&O/2015/02 
Radioactive Waste Management Limited 
Head of Repository Safety and Environment 
Herdus House  
Westlakes Science and Technology Park 
Moor Row 
Cumbria 
CA24 3HU 
 
 
 
 
 
 
Date:   17 March 2015 
 
AMEC Technical Report - Pre-conceptual Stage LoC Submission for the Disposability of 
Contaminated Mercury 

Dear Andrew, 
RWM has asked if the Environment Agency’s groundwater modelling specialists could look at the types of 
model RWM is currently using to assess the effects of non-radioactive contaminants on groundwater. In 
particular, RWM has drawn our attention to the modelling work reported in Appendix 3 of an RWM 
contractor’s report1. This letter provides some overview recommendations, set out below, related to this 
modelling work and some detailed comments, presented in the attached review report. Our overview 
recommendations to RWM are: 
Recommendation 1: Ensure that suitable and adequate information is provided and referenced, throughout 
the document, to support the modelling work. 
Recommendation 2:  Explain what is meant by “flow focussing”, and how this relates to the assumptions 
about water balance and advection transport, and to the assumption that mercury is evenly distributed in the 
backfill. 
Recommendation 3: Explain in the document why advection is not considered in the modelling, because we 
regard it as a main process in the GDF backfill.  
                                                
1   Pre-conceptual stage LoC submission for the disposability of contaminated mercury. Amec report reference: 
202017/TR/002. Issue 2, dated 10/10/14, 
 
________________________________________________________________________________________________ 
Environment Agency, Nuclear Waste Assessment Team,  
Ghyll Mount, Penrith 40 Business Park, Penrith, Cumbria. CA11 9BP. 
T: +44 (0) 02070926416  |M: 07771940556  |e-mail: xxxxxx.x.xxxxx@xxxxxxxxxxxxxxxxxx.xxx.xx 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


 
 
 
 
 
 
Recommendation 4: Explain and provide evidence to substantiate the assumptions relating to scaling up and 
their effects, including a consideration of alternative assumptions.  
Recommendation 5. Carry out sensitivity analyses to explore the effect of varying each major assumption 
and parameter. 
In addition to the recommendations above, we have noted some points for clarification and areas for 
improvement (in the attachment to this letter). We suggest that it may be helpful to hold an exploratory 
meeting, involving our groundwater specialists, with RWM and its contractor to discuss these 
recommendations and RWM’s responses to our comments in the attachment, This letter and the attached 
review could serve as a framework for the meeting, to be held as part of the 2015/16 scrutiny programme. 
When convenient, please contact me to arrange a suitable date for such a meeting. 
Yours sincerely 
 
 
Robert E Smith,  
 
Distribution: 
EA:  D Ilett, S Duerden, T&O Task Leaders, T Besien, P Hart, R Evans 
ONR: I Streatfield 
SEPA: R McLeod 
NRW: R Price
________________________________________________________________________________________________ 
Environment Agency, Nuclear Waste Assessment Team,  
Ghyll Mount, Penrith 40 Business Park, Penrith, Cumbria. CA11 9BP. 
T: +44 (0) 02070926416  |M: 07771940556  |e-mail: xxxxxx.x.xxxxx@xxxxxxxxxxxxxxxxxx.xxx.xx 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


 
 
 
Document reviewed 
Author 
Version 
Date 
Report Number  
Comments 
Pre-conceptual stage LoC 
Amec (A 
Issue 2 
10/10/2014  Amec report reference: 
submission for the 
Tuxworth, A 
202017/TR/002 
disposability of contaminated 
Green, M Kelly, A 
mercury  
Guida) 
Regulators Review 
Principal Reviewer(s):  T Besien (E&B Senior Adviser: Water, Land and 
Biodiversity), P Hart & R Evans (Permitting Technical Specialists: E&B 
National Services), R E Smith (NWAT) 
Approval 
Date: 
Date sent to RWM 
D Ilett 
16.03.15 
17.03.15 
Letter ref:  GDF/T&O/2015/02 
File ref: O:\Geological Disposal\Programmes & 
Projects\Scrutiny\Implementing Geological Disposal\2014-15\Approach 
to non radiological hazards 

1. Summary of our understanding of the risk 
assessment approach 
Appendix 3 provides an assessment, intended to be conservative, of peak concentrations of 
mercury in pore water in the GDF backfill. The assessment assumes the mercury is derived from a 
single package containing contaminated mercury which has been disposed of to the GDF. Seven 
different packaging options are assessed, and the results are compared with the Environment 
Agency’s minimum reporting value (MRV) for mercury. If multiple similar packages were disposed 
of to the GDF, Appendix 3 argues that the results would scale proportionately.  
The conceptual model is described for each packaging option, and assumes: 
•  mercury is evenly distributed throughout the volume of the waste that contains it 
•  resaturation of the GDF and failure of inner & outer containers (where they exist) occurs 
immediately after the GDF is closed 
•  except where mercury in the wasteform is present as an amalgam, it  is released immediately 
into the backfill porewater (that is, the modelling doesn’t allow for diffusion within the 
wasteform);  where mercury is present as an amalgam, it is released slowly by diffusion 
through the wasteform 
 
GDF/T&O/2014/02_Pre-conceptual Stage LoC Submission for the Disposability of Contaminated Mercury_i1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Page 1 of 4
 
 
 
 
 
 
 
 
 


 
 
 
•  once mercury is released into the backfill, there is even distribution and advective flow through 
and out of the backfill; groundwater outflow from the backfill is greater than inflow (owing to 
“flow focussing”, a term used but not explained in Appendix 3) 
•  sorption of mercury to the waste form and backfill is neglected     
The mathematical representation of mercury transport is specified but not substantiated or 
referenced. The assumptions made in deriving the results are stated. We consider that the 
assumptions are reasonable and partially substantiated. The diffusion coefficient and solubility 
limits used in the assessments are stated and the source references are given. Goldsim is used to 
generate the results. 
Recommendation 1: RWM should ensure that suitable and adequate information is provided and 
referenced, throughout the document, to support the modelling work. 
Results are given in Table 15 and compared to the Minimum Reporting Value (MRV) of 0.01μg/l. 
The results are at least two orders of magnitude below the MRV. Some of the assumptions made 
in deriving the results are clearly conservative, such as: instant metallic mercury release into 
backfill porewater; immediate failure of inner and outer containers on GDF closure; instant 
saturation of backfill and waste on GDF closure; and exclusion of adsorption processes. However, 
less conservative assumptions are also made, such as uniform distribution of mercury in the 
backfill. 
2. Detailed observations 
We have a number of queries and observations which we would like RWM to clarify through our 
ongoing discussions and some suggestions to help RWM improve its approach, as follows:  
2.1. A2 Assessment of Consequences 
The 3rd paragraph states that the 7 mercury packaging options share a number of similar features 
but does not say what these are. Inclusion of a list of the common features would help to clarify the 
conceptual model, since the modelling approach may also be the same, or similar, for these 
features.  
In the same paragraph “backfil  porewater” is referred to but it is not clear from the document 
where the backfill is located. RWM should clarify this (probably by amending Fig 10). 
2.2. A2.1 Approach to modelling the near field 
In the paragraph beginning “The simple conceptualisation consists of a number of components”, 
the second bullet says, “An outer container that includes all of the components listed above”. RWM 
could clarify this by referring instead to Table 13, which sets out the conceptual model for each of 
the seven options. 
 
GDF/T&O/2014/02_Pre-conceptual Stage LoC Submission for the Disposability of Contaminated Mercury_i1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Page 2 of 4
 
 
 
 
 
 
 
 
 


 
 
 
The document states that: “Once in the backfil  the mercury is transported out of the GDF by 
advection, on account of water from the host rock that flows through the GDF. Note that, in 
general, the flow rate out of the GDF backfill (QC) is greater than the flow rate in (QR), on account 
of the effects of flow focussing.” 
Recommendation 2:  RWM should explain what is meant by “flow focussing”, and how this relates 
to the assumptions about water balance and advection transport, and to the assumption that 
mercury is evenly distributed in the backfill. 
2.3. Fig 11 conceptual flow diagram 
RWM should amend this figure to clarify whether “wasteform” in this context includes the inner 
container, in those options where such a container is present. 
2.4. A2.2 Mathematical model 
From the information given, the basis for the mathematical modelling and the equations is unclear. 
The document should include references to supporting information (see Recommendation 1). The 
equations quoted are dissimilar, for example, to diffusion equations set out in our report2.   
Recommendation 3: RWM should explain in the document why advection is not considered in the 
modelling, because we regard it as a main process in the GDF backfill.  
We would welcome further discussions with RWM to increase our understanding of the approach 
and equations. 
2.5. Results 
Appendix 3 states that scaling up from one package to multiple packages is in direct proportion to 
the number of packages. While we recognise that this is likely to be conservative, we recommend 
RWM considers alternatives. In particular, we suggest that if just one volume of water passes 
through the first waste package to the next, and so on, there would be an incremental increase in 
discharge concentration for each package. However, if every waste package is instantaneously 
saturated the concentration would not increase after the first waste package, but would stay the 
same.  
Recommendation 4: RWM should explain and provide evidence to substantiate the assumptions 
relating to scaling up and their effects, including a consideration of alternative assumptions.  
 
                                                
2   Environment Agency. Contaminant fluxes from hydraulic containment landfills: a review. September 
2004. ISBN 1844323153, LIT 1879. https://www.gov.uk/government/publications/contaminant-fluxes-
from-hydraulic-containment-landfills-a-review 

 
GDF/T&O/2014/02_Pre-conceptual Stage LoC Submission for the Disposability of Contaminated Mercury_i1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Page 3 of 4
 
 
 
 
 
 
 
 
 


 
 
 
2.6. Sensitivity analysis 
We recognise that certain assumptions in the assessment (e.g. containers fail immediately on GDF 
closure) correspond to a conservative (“worst case”) approach, whilst other assumptions (for 
example that mercury is evenly distributed in the backfill) may not.  
Recommendation 5. RWM should carry out sensitivity analyses to explore the effect of varying 
each major assumption and parameter. These could include, for example: 
•  Assessing the effect of organic materials on mercury mobility. In this work, organic materials 
are assumed to be absent in the wasteform, but present in the backfill. The assessment 
assumes enhanced mercury solubility in the backfill, to account for the presence of organic 
materials and, conservatively, no adsorption to the wasteform or backfill. Elemental mercury 
and mercury sulphide have a very low solubility limit in the absence of organic materials, but 
the solubility is significantly increased in their presence. In addition, adsorption to the backfill is 
reduced. It might be helpful for RWM to explore more realistic and less conservative scenarios 
by considering different levels of mercury solubility in, and adsorption to, the wasteform and 
backfill. 
•  Assessing the effect of variations in pH / Eh values on discharge concentrations. 
•  Assessing the effect of varying groundwater volumes and flow rates on dilution and discharge 
concentrations. The dilution provided by assuming immediate saturation of the GDF backfill by 
groundwater (in whatever volume may be necessary to achieve this) to the mercury metal 
immediately released from the package or the mercury more slowly released by diffusion from 
amalgam (depending on which of the seven options is being considered) appears to influence 
the results.  
•  Although not directly relevant to the disposability of contaminated mercury, a concern we have 
is the possible presence of contaminants such as mercury or chromium VI, arising from grout 
additives such as ground granulated blast furnace slag (GGBS) or pulverised fuel ash (PFA), 
especially near the boundary of the GDF with the host rock. We recommend that RWM should 
consider modelling contaminant diffusion from the grout in its future studies. 
 
GDF/T&O/2014/02_Pre-conceptual Stage LoC Submission for the Disposability of Contaminated Mercury_i1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Page 4 of 4