innovative geobiotechnologien und in situ verfahrenstechniken … 2020-01-09 · • dies beträgt...
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Innovative Geobiotechnologien und in situ Verfahrenstechniken
Gordon Bures, M. Eng.
Niederlassung BerlinSensatec Workshop:
TSE Überblick und Anwendungen
22 - 30.10.2019
„TSE®“ Sanierungsverfahren:
Targeted Solids Emplacement
Environmental Services:
Mobiles Verfahren für Injektion und Verpressung von Flüssig- sowie Feststoff
Reagenzien
Injektion von flüssiges Persulfat-Peroxid Oxidationsmittel mit Direct Push Bohrtechnik in einemGrundwasserleiter
Anhänger basierteInjektionstechnologiegeeignet auch in engem
Betriebsgelände
Eingabe von Permanganat Feststoff Oxidationsmittel als schwere Suspension in Tongestein mittels TSE
• Ein Prozess, bei dem eine
Suspension oder Flüssigkeit
im Untergrund unter Druck
gesetzt wird, was zur einer
kontrollierten Erschaffung
eines Netzwerkes von
Wegsamkeiten oder
Wirkstoffe im Boden sowie
im Locker- und Festgestein
führt.
Art der Einbringung von Feststoff Suspensionen:
Was ist TSE ? – gezielte „FESTSTOFF INJEKTION“
1. Infiltration (in gut durchlässigenBöden, z.B. Grundwasserleiter)
2. Wegsamkeiten (in geringdurchlässigen und heterogenen Böden)
Konventionale in situ-Methoden weisen Beschränkungen auf in gering durchlässigen* sowie heterogenen Böden und Festgestein:
• Niedrige Förderrate (Schadstoffe) • Niedrige Injektionsrate (Sanierungszusätze)• Geringer Wirkradius, viele Brunnen• verminderter Kontakt zwischen Schadstoffen und
injizierten Zusätzen• Ungleichmäßige Verteilung von Feststoff Substrate in GWL • Kurzfristige Wirksamkeit des Schadstoffabbaus• geringer Sanierungsfortschritt
* d.h. Kf < 1 x 10-6 m/s
Warum TSE?
Gering lösliche Mehrstoffsysteme die als Suspension in auch scheinbar poröse Grundwasserleiter injiziert werden, entmischen sich aufgrund des „Filtereffekts“ der Aquifer Sedimente !!
Anwendungskonfiguration des TSE® Verfahrens in Grundwasserleiter
Das Feststoff Injektion (TSE©) Verfahren ermöglicht einen erhöhten Kontakt mit Schadstoffe und verbesserte Verteilung der injizierten Wirkungsmittel, sowie steigerte Rückgewinnung von Schadstoffe, besonders in Böden mit geringem Durchlässigkeit (d.h. Kf < 1 x 10-6 m/s)
Anwendungskonfiguration des TSE® Verfahren in gering durchlässige Böden
2. gezielte Verteilung von Feststoffe(z.B. Mikroeisen oder Kaliumpermanganat)
und erhöhtem Kontakt mit Schadstoffen
1. erhöhte Förderleistung, (z.B. Pump & Treat, BLA)
durch platzierte Sand Wegsamkeiten, verbesserte Durchlässigkeit, und größerenWirkungsradius.
2. Hoch konzentrierte Eingaben von KMnO4 Suspension in tonigen Kernbohrungen
Wirkstoffeinbringung: Infiltration oder TSE?Infiltration wenn: Dp < √Kf/7 FestStoff Schichten wenn: Dp > √Kf/7
Harris and Odem, 1982 (Dp: Partikel Durchmesser in microns, Kf in millidarcys)
Herkömmlich eingebrachte
Abbau-substrate
Art der Einbringung der Abbausubstrate in Unterböden und Festgesteinen (hinsichtlich auf Kf Werte)
>10−3
m/s 10−3 bis 10−5 <10−5 <10−6 <10−7 <10−8 <10−8 <10−6 m/s
KiesSand Sand Sand Schluffiger
Sand Schluff Schluffiger Ton Ton Festgestein Geklüftetes
Festgesteingrob mittel feinStützmittel
(Sand) INF TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE
Grobe Fe0 -Fasern INF TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE
Mikroeisen INF INF INF/TSE
INF/TSE TSE TSE TSE TSE TSE INF/
TSE
Feststoff Oxidationsmittel INF INF INF INF/
TSE TSE TSE TSE TSE TSE INF/TSE
Lösliches Oxidationsmittel INF INF INF INF INF INF/
TSE TSE TSE TSE INF
Lösliche Biosubstrate INF INF INF INF INF INF/
TSE TSE TSE TSE INF
Viskose Biosubstrate
Lactat, Melasse, Pflanzenöl
Emulsionen
INF INF INF INF INF/TSE TSE TSE TSE TSE INF
Biofeststoffe (Zellulose,
Chitin)INF INF/
TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE INF/TSE
INF = Infiltration (Durchdringung des Porenvolumens) ist die zu bevorzugende Art der Einbringung TSE = Targeted Solids Emplacement (Schaffung von Feststoff Wegsamkeiten) ist die zu bevorzugende Art der Einbringung
Druck – Zeit Profil: Infiltration oder Schichtbildung?
Injektion Profil Schichtbildung Profil
• Erhöhte Viskositӓt durch natürliche organische Polymer (z.B. Guar, CMC Zelullose) verleit …
• Tragfӓhigkeit für die Feststoff Additive / Substrate (wie Sand, Nullwertiges Eisen, Chitin, OXM) in hohe Konzentration
Fe0 Eisenspäne
Sand
Chitin
Guar Verdickungsmittel
Bei TSE kommt nur
Trinkwasser,
lebensmittelreines
Verdickungsmittel (Guar),
und Sand/Sanierungs-
Substrate zum Einsatz!
Einbringung von Feststoffe: Substrat-Trӓger “Guar”
Guar BohneOxidationsmittel KMnO4
Mischgerät und Druckerzeuger
(TSE®) für die Erschaffung von langfristigen „Sanierungsquellen“ Geoprobe Bohrmaschine
• Bohrstangen mit hochdruck Anschluss
• Edelstahl Mischbehälter (1,000 L) und Mischpropeller• Hochdruck Pumpen (bis 100 bar)• Echtzeitausgabe Injektionsdruck und Fließrate
Feststoffeingabe Sonden
TOTERRA Remediation Ltd.
Durchlässige, mitSand gefüllte, Drainage für in situ-Sanierung imTon
Horizontale, durchlässigeDrainagen
(=Wegsamkeiten) fürinjizierten
Oxidationsflüssigkeiten
EinflussbereichSanierung, ca + 15 cm nach 2
Monaten
kf-Wert Sand:1 x 10-4 m/s
kf-Wert Ton:3 x 10-8 m/s
TSE verbessert die Bodendurchlässigkeit
Ausbreitung als Feststoff Eingegebene KMnO4 Oxidationsmittel
KMnO4
TSE erhöht den Kontaktareal mit Schadstoffen
Kalium Permanganate als lösliche Flüssigkeit
injiziert: ca. 4% Konzentration mit weitere Verdünnung im Grundwasser
Verglichen mit …Kalium Permanganate als TSE Feststoff
Eingabe:
Bis zur 820 kg/m3 Suspension!!
Das Trägermedium macht es möglich!!
Hohe Permanganat Konzentrationsgradient beschleunigt die Verbreitung in Boden durch u.a. Diffusion und verbessert den Kontakt mit Schadstoffen
ROI: TSE hydraulisch injizierte
Eingaben
ROI: Direct Push Injektionen
TSE ermöglicht eine hohe Verteilungseffizienz mit wenigen Bohrungen
Kartierung mit Bodenneigungsmetern „Tiltmeter Geophysics“
TSE beweist die Substratverteilung im Schadensbereich
• Messung der Bodenneigung (Winkel und Richtung) während des
injizieren und Bildung eines Netzwerkes von eingegebene
Substrate.
• Auswertung als 3D-Modell.
• Nachweisung von Wirkstoff Verteilung und vernetzte Wegsamkeiten.
• Altlasten
• Chemieanlagen
• Militäranlagen
• Gasaufbereitungs
Anlagen
• Tanklager
• Raffinerien
• Öl- und Gas-
Förderanlagen
• Tankstellen
• Chemische Reinigungen
• Logistik, Transport und
Verkehrs Anlagen
• Bergbau
TSE® Anwendungen: über 20 Jahre Erfolg WeltweitWO?
ANWENDUNGS-
ABLAUF:
USA (1993)Kanada (1995)Groß Britannien (2006)Dänemark (2009)Korea (2012)Deutschland (2014)China (2015)Italien (2016)Schweiz (2019)
Fallstudie 1: Ehemaliger Tanklager Nürnberg
Geologisches Profil
Herausforderungen:
• Vielfaltige Schadstoffe:LCKWs, BTEX, u.PAK
• Gering durchlässiger Sandstein
• BLA Versuche unwirksam• Keine Störungen an
Standort Betrieb• GW Stauer darf nicht
gefährdet werden!
Boden Aushub im Schadensherd
• Auskofferung des Bodens zur Oberfläche des Festgesteins zu 5 m GOK.
• Kein tieferer Aushub möglich im Festgestein
• Problem: erheblicher LCKW und BTEX Schaden im GW bis zur 11 m Tiefe!
Fallstudie 1: Ergänzte ISCO im Festgestein, ehem. Tanklager
PILOTVERSUCH:
• Bezog sich auf einen Teilbereich des Schadstoffherdes
• War gezielt im schwer betroffenes Grundwasserstockwerk zwischen 7 bis 11 m GOK.
• 15 gezielte Eingaben von Kalium-persulfat Suspension wurden erstellt in 3 Injektionsbohrungen (5 je Bohrung)
• 1.350 kg K2S2O8 Oxidationsmittel mit 200 kg Eisenlactat Aktivator wurde hydraulisch verbreitet: 6 m Wirkungs-radius
Hydraulisches Verpressen des Oxidationsmittels mit Doppelpacker in initiiertem Wegsamkeiten
© 2015 RiskCom GmbH
Sulfat, Eisen, und Kalium Abbau
BTEX Summenkonzentrationen
LHKW Summenkonzentrationen
Eingabe aktivierter K2S2O8 Oxidationsmittel
Fallstudie 1: Ergänzte ISCO im Festgestein
(1) In Situ Chemische Oxidation
im BlasensandsteinAnalysen Ergebnisse:
Schadenherd
Fallstudie 2: Ehemaliger Betriebstätte für die Herstellung von Armaturen
• LCKW Belastungen (TCE und cDCE) im Boden und Grundwasser ermittelt (bis 7.000 µg/L) in 3 Bereiche
• Bisherige Sanierungserfolg limitiert durch die niedrige Permeabilität der unterliegenden Sedimente
• Pilotversuch in 2017 durchgeführt, um die Machbarkeit von „Environmental Fracturing“ (ISCO) zu testen.
• Das kombinierte Verfahren von TSE mit ISCO hatte die LCKW-Konzentrationen wesentlich reduziert.
• Plan für die Vollsanieurung der LCKW Bereiche innerhalb der bestehende Lagerhalle durchgeführt in August und September, 2019.
Standort Bedingungen• LCKW befindet sich in sehr gering durchlässiger
Tongestein (Rotliegend) bis 8 m Tiefe
• Große Mengen Oxidationsmittel (ca. 13,3 T KMnO4) in nur 11 Bohrungen zu verpressen in engen Räumen
• Versetzung der Pfeiler des Gebäudes wurde streng kontrolliert mittels Schlauchwagen während der Injektionsarbeiten
Ausführung der TSE Arbeiten
• Ca. 900 bis 1575 kg Kalium Permanganate Feststoff pro Bohrloch verpresst zwischen 3,5 m und 8,5 m u GOK mittels TSE - 85 Eingaben insgesamt
• Dies beträgt 61.400 L Kalium Permanganat Oxidationsmittel bis zur 35% Suspension mit Carboxymethyl Cellulose (Baumwolle Zellulose) verdickt
• 96,1% des Oxidationsmittels Volums konnte mit TSE erfolgreich in betroffenen Böden platziert werden, ohne unakzeptabel Versetzung zu Verursachen
Das TSE® Verfahren bietet folgende Vorteile:
• Gleichmäßige Verteilung von Wirkstoffe in Grundwasserleiter
• Erhöhung der Permeabilität in gering durchlässige Böden u. Fels
• Gleichzeitiges Einbringung von großen Mengen Wirkstoffe
• Vergrößerung der Kontaktflächen mit den Schadstoffen
• Vergrößerung des Wirkungsradius ( > 20 m! )
• Weniger Bohrungen und Injektion/Förder- Brunnen
• In situ konstruktion von PRBs durch Bohrungen
• Kleinflächig - geeignet für enge Betriebsgelände und in Gebäuden
• Keinen Aushub erforderlich … und
• somit deutliche Kosteneinsparungen!
Zusammenfassung:
Schönen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Fragen? Gerne an: [email protected]