DE69005809T2

DE69005809T2 - Verfahren zur entgiftung der bodenschicht unter der oberfläche und des grundwassers in situ.

Info

Publication number: DE69005809T2
Application number: DE69005809T
Authority: DE
Inventors: James R. Walnut Creek Ca 94596 Hunt; Nicholas Kensington Ca 94707 Sitar; Lloyd D. Jr. Berkeley Ca 94705 Stewart; Kent S. Berkeley Ca 94720 Udell
Original assignee: University of California; University of California Berkeley
Current assignee: University of California; University of California Berkeley
Priority date: 1989-08-16
Filing date: 1990-08-15
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: WO1991002849A1; EP0438568A1; EP0438568A4; EP0438568B1; US5018576A; DE69005809D1; CA2039148C; AU624567B2; JPH04501231A; ATE99757T1; CA2039148A1; AU6175890A; JP2660307B2; DK0438568T3; ES2050448T3

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur in situ Dekontaminierung eines unter der Oberfläche liegenden kontaminierten Bereichs gerichtet. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung gerichtet auf ein Verfahren zum Entfernen einer unter der Oberfläche liegenden Kontaminierung durch horizontales Dampfeinpressen durch den kontaminierten Bereich mit einer Extraktion von Fluiden bei einem unter dem Atmosphärendruck liegenden Druck durch Rückgewinnungs sonden, wobei die Rückgewinnungssonden nach dem Beenden des Dampfeinpressens während eines ausreichenden Zeitabschnitts mit dem subatinosphärischen Druck beaufschlagt weden, um restliches Wasser und andere verdampfte Verunreinigungen aus den Poren des unter der Oberfläche befindlichen Bodens mittels der restlichen Wärme in dem Boden zu entfernen.

Hintergrund der Erfindung

In den letzten Jahren hat das Problem der Grundwasserkontaminierung durch organische Lösungsmittel und andere Mineralölprodukte beachtliche Ausmaße angenommen. Die verunreinigenden Verbindungen umfassen beispielsweise in der chemischen sowie in der Elektronikindustrie verwendete organische Lösungsmittel sowie Mineralöl-Kohlenwasserstoffe. Viele dieser Verbindungen sind grundsätzlich hydrophob und weisen geringe Wasserlöslichkeiten auf, wodurch sich das Vorhandensein getrennter Untergrundflüssigphasen ergibt. Bisher verwendete Verfahren zum Säubern kontaminierter Grundstücke bestehen aus einer Kombination von
a) Entfernen des kontaminierten Bodens;
b) Absaugen von Flüssigkeiten, die sich als eine Art Lache in der wasserführenden Bodenschicht oder an der Unterseite dieser wasserführenden Bodenschicht befinden, gefolgt von
c) einer Grundwasserextrahierung oder einem Abpumpen von Bodengas, um eine restliche Verunreinigung zu entfernen. In einigen Fällen wird ausschließlich Grundwasserextrahierung oder das Abpumpen von Bodengas verwendet. Solche Verfahren können wenig wirkungsvoll sein, da die zum Mobilisieren der in den Porenräumen im Boden eingeschlossenen organischen Flüssigkeit erforderlichen Bedingungen nicht erreicht werden und die Lösung oder Verdampfung der verunreinigenden Flüssigkeit in dem fließenden Grundwasser oder Bodengas durch die Massenübergangsbedingungen begrenzt ist, die von der Verteilung von Verunreinigungen in Bereichen herrühren, die nicht ohne weiteres von fließenden Fluiden berührt werden. Es ist daher bei der Dekontaminierung mittels des Pumpens von Wasser oder Gas nicht bekannt, wieviel Wasser gepumpt werden muß, wie lange dies geschehen muß, oder ob das Pumpen wirkungsvoll sein wird.
Viele der bei Störfällen austretenden Substanzen sind in Wasser nur geringfügig löslich (d.h. sehr viel geringer als 1g pro 100 g), viele sind schwerer als Wasser. Die Viskositäten der Fluide sind im allgemeinen geringer als die von Wasser und ihre Siedepunkte sind üblicherweise vergleichbar dem Siedepunkt von Wasser. Sobald eine flüssige Verunreinigung im Boden in einer ausreichenden Menge freigesetzt wird, neigt sie dazu, unabhängig von ihrer Dichte zum Grundwasserspiegel abzusinken. Im Verlauf der Wanderung folgt diese Flüssigkeit Bereichen der höchsten Durchlässigkeit oder Spalten und hinterläßt kleine Mengen oder Knoten, die in einigen der Poren des Bodens eingeschlossen sind. Die Menge der in den Poren zurückgelassenen organischen Flüssigkeit ist die Restsättigung. Restsättigungen in gesättigten porösen Medien werden als Bruchteil desjenigen Leerraums ausgedrückt, der durch die Kohlenwasserstoff- Verunreinigung eingenommen wird. Es ist berichtet worden, daß dieser Bruchteil 10 % für Leichtöl und 20 % für Schweröl beträgt; 0,75 - 1,25 % (Ölverunreinigung) in einem hochdurchlässigen Medium und 7,5 bis 12,5 % innerhalb eines ungesättigten Bereichs in einem gering durchlässigen Medium.
Flüssigkeiten, die schwerer als Wasser sind, bewegen sich abwärts in den Kapillarsaum im Grundwasserspiegel, während Flüssigkeiten, die leichter als Wasser sind, dazu neigen, sich quer auszubreiten, wenn sie auf den Kapillarsaum und den Grundwasserspiegel treffen. Mit dem Absaugen von Grundwasser als ein Verfahren zum Reinigen wird beabsichtigt, den Grundwasserspiegel abzusenken, um die ausgetretene Verunreinigung (wie beispielsweise Benzin) als getrennte Phase zurückzugewinnen. Allerdings ist die mit diesem Verfahren zurückgewonnene Menge an freiem Produkt typischerweise deutlich geringer als die geschätzte Menge des beim Störfall ausgetretenen Produkts. Dies kann teilweise erklärt werden durch die Komplexität der geometrischen Verteilung des verunreinigten Bereichs bei einem Feldeinsatz. Aufgrund der natürlichen Ablagerungsvorgänge enthalten selbst sehr gleichförmige Sedimentablagerungen einander berührende Abfolgen von feineren und gröberen Schichten. Diese Schichtabfolge führt zur Querausbreitung einer Flüssigkeit mit einer zweiten Phase (nichtwässriger Phase) während ihrer Abwärtswanderung, insbesondere dann, wenn sie auf eine Barriere wie den Grundwasserspiegel oder eine Schicht sehr geringer Durchlässigkeit trifft. Desweiteren ist der Grundwasserspiegel dynamisch und steigt und fällt reagierend auf saisonale Zufuhr und Abfuhr von Wasser sowie lokale Grundwasserentnahme. Dadurch kann sich der von einer Flüssigkeit, die leichter als Wasser ist, verunreinigte Bereich über die gesamte Höhe der Grundwasserspiegelschwankungen erstrecken. Dies kann Linsen der Verunreinigungsphase ergeben, nicht nur über dem Grundwasserspiegel, sondern manchmal sogar unter dem Grundwasserspiegel.
Die resultierende Wirkung der Wiederverteilung der Verunreinigungsphase durch einen schwankenden Grundwasserspiegel besteht darin, daß ein beträchtlicher Anteil der Verunreinigungphase in den Porenräumen eingeschlossen und an den Bodenkörnern adsorbiert werden kann, insbesondere während der Zeiträume niedriger Grundwasserstände. In den Zeiträumen hoher Grundwasserstände kann ein Teil der Verunreinigungsphase in großen ununterbrochenen Linsen remobilisiert und zurückgewonnen werden, allerdings kann ein großer Anteil mittels der bei einem typischen Pumpvorgang erzeugten hydrodynamischen Kräfte nicht mobilisiert werden.
Es sind Verfahren angewendet worden, bei denen Wasser abgepumpt wird, um die in dem Grundwasser gelösten Bestandteile zu entfernen und bei denen oberhalb des Grundwasserspiegels Saugpumpen erfolgt, um flüchtige Bestandteile zu entfernen und so zu versuchen, eingeschlossene Restflüssigkeiten (d.h. entweder in Flüssigkeitslinsen oder in den Porenräumen des Bodens eingeschlossen) zu entfernen. Die Geschwindigkeit der Entfernung ist in beiden Fällen gering, da sie durch die Diffusions- und Lösungskinetik bestimmt wird.
In einigen Fällen kann ein biologischer Abbau wirkungsvoll sein, dies ist allerdings ebenfalls ein verhältnismäßig langsamer Vorgang, insbesondere dann, wenn es sich um eine getrennte flüssige Phase als Verunreinigung handelt.
Die Wirksamkeit des biologischen Abbaus hängt auch stark von den Bodenbedingungen ab, die schwierig zu steuern sind, wie beispielsweise Sauerstoffgehalt, Feuchtigkeitsgehalt, Temperatur, Verfügbarkeit von Stickstoff und Phosphor, sowie dem pH-Wert.
US-A-4761225 offenbart das Entfernen von flüssigen Kohlenwasserstoffen aus dem Grundwasser durch Verwenden von durchbohrten Sondengehäusen, eines Satzes von Pumpkammern und eines durch Druckluft angetriebenen Steuersystems. Flüssige Kohlenwasserstoffe und Grundwasser werden durch die Rückgewinnungseinheit in Pumpbehälter hochgesaugt, dann werden einzelne Sonden mit Druckgas beaufschlagt, um die flüssigen Kohlenwasserstoffe von den Sonden zu Rückgewinnungsspeicherbehältern, die sich auf Höhe der Bodenoberfläche befinden, zu drücken.
US-A-4832122 offenbart ein Dekontaminierungsverfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei dem unterhalb des Grundwasserspiegels angeordnete Injektoren verwendet werden, um Fluide oder Gase aufwärts durch den verunreinigten Bereich zu pressen. Ein Nachteil des Einpressens eines Fluids oder Gases aufwärts durch einen kontaminierten Bereich besteht darin, daß das Absaugen des Wassers durch den Extraktor(der üblicherweise horizontal über dem kontaminierten Bereich angeordnet ist) weniger wirkungsvoll ist, da die Extraktion gegen die Schwerkraft erfolgen muß. Der Wirkungsgrad des Absaugens von Wasser und anderen Kondensaten ist daher nicht optimal.
Ein anderer Weg zum Entfernen einer Verunreinigung besteht darin, die Verunreinigungsphase durch das Einpressen von Dampf physikalisch aus dem porösen Medium zu verdrängen. Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren gerichtet, das das Verfahren verbessert, bei dem Dampf als Mittel zum Rückgewinnen von Verunreinigungen in den kontaminierten Bereich eingepreßt wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein mit einem Abfallmaterial verunreinigtes Grundstück wirkungsvoll, schnell und sicher zu dekontaminieren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bodendekontaminierung zu schaffen, das bei Umgebungstemperaturen und -drücken nicht besonders flüchtige Verbindungen verflüchtigt und verdrängt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Bodenverbesserung zu schaffen, das keinen Aushub des verunreinigten Bereichs erfordert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Bodenverbesserung, das die Menge des kontaminierten Wassers, das aus dem kontaminierten Grundstück entfernt werden muß, minimiert.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor und werden bei der Anwendung der Erfindung deutlich.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur in situ Dekontaminierung eines unter der Oberfläche liegenden kontaminierten Bereichs, der flüchtige Verunreinigungen, nichtflüchtige, wasserlösliche Verunreinigungen und nichtflüchtige, nichtwässrig lösliche Verunreinigungen enthält, das folgende Schritte aufweist:
Aufbauen eines Einpreß-Sondensystems mit einer Mehrzahl von nahe der äußeren Begrenzung und/oder innerhalb des kontaminierten Bereichs angeordneten Einpreßsonden;
Aufbauen wenigstens einer innerhalb des kontaminierten Bereichs angeordneten und von den Einpreßsonden beabstandeten Entnahmesonde;
Einpressen von Dampf durch das Einpreßsondensystem und Absaugen mit einem subatmosphärischen Druck durch die Entnahmesonde, wodurch Dampf in einer im wesentlichen horizontalen Richtung durch den unterhalb der Oberfläche befindlichen kontaminierten Bereich gesaugt wird, um eine beträchtliche Menge von flüchtigen und nichtflüchtigen Verunreinigungen zu mobilisieren und aus dem kontaminierten Bereich zu entfernen, während Grundwasser, etwas Dampf, Bodengas und Verunreinigungen durch die Entnahmesonde abgesaugt werden;
Beenden des Einpressens von Dampf durch die Einpreßsonden und Fortsetzen des Absaugens bei subatmophärischem Druck an der Entnahmesonde, um die restliche wässrige Phase und Gase, die von der restlichen Hitze in dem kontaminierten Bereich verflüchtigt werden, aus diesem kontaminierten Bereich abzusaugen. Das Dampfeinpressen kann periodisch wiederaufgenommen werden, um eine erhöhte Temperatur in dem Boden aufrechtzuerhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzug ten Anordnung für die Dampferzeugerausrüstung und die Ausrüstung zum Rückgewinnen von Gas und Flüssigkeit zur Verwendung im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2A zeigt eine schematische Vertikalschnittansicht von Einpreß- und Entnahmesonden in einem kontaminierten Bereich entsprechend der vorliegenden Erfindung und zeigt den Bereich der Kontaminierung;
Fig. 2B ist eine schematische Vertikalschnittansicht des in Fig. 2A gezeigten Bereichs nach der Dekontaminierung durch die Anwendung von Dampf während des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 zeigt beispielhaft eine Anordnung von Einpreß- und Rückgewinnungssonden sowie der Rückgewinnungsanlage in einer Aufsicht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Um erfindungsgemäß Verunreinigungen aus einem kontaminierten Bereich zu entfernen, wird ein Sondensystem aufgebaut, bei dem Sonden innerhalb eines vermuteten kontaminierten Bereiches und um diesen herum vertikal angeordnet sind. Die Sonden sind herkömmliche Sonden, die verwendet werden können, um Gase in einer horizontalen Richtung durch den kontaminierten Bereich zu pressen. Um die Einpressonden herum angeordnet und davon beabstandet ist bzw. sind eine oder mehrere Entnahmesonden, die vertikal angeordnet sind, um Gase und Fluide aus dem kontaminierten Bereich in einer horizontalen Richtung abzusaugen. Dies geschieht mittels Beaufschlagung der Sonde mit einem unter der Atmosphärendruck liegenden Druck, beispielsweise durch Verwendung von Vakuum- bzw. Absaugpumpen. Die Entnahmesonde sollte sich bis unterhalb der Stelle erstrecken, an der das am tiefsten reichende Eindringen der Verunreinigung vermutet wird. Bei Verwendung dieses Systems kann Dampf in die Einpreßsonden eingepreßt werden, der Dampf durchläuft dann den kontaminierten Bereich in einer horizontalen Richtung und wird auf die Entnahmesonde zu gesaugt, wodurch Dampf, Bodengase, Wasser, flüchtige Verunreinigungen und einige nichtflüchtige Verunreinigungen abgesaugt werden. Während des Beaufschlagens mit Dampf wird der kontaminierte Bereich sowie der ihn unmittelbar umgebende Bereich aufgeheizt und kann als im wesentlichen isotherme Masse angesehen werden. Diese Masse bleibt für einen beträchtlichen Zeitabschnitt heiß, d.h. in der Nähe der Temperatur des Dampfes, selbst nach der Beendigung des Dampfeinpressens. Einige Bereiche können sogar über die obengenannte Dampftemperatur hinaus überhitzt werden.
Die Erfindung beruht teilweise auf der Entdeckung der Anmelderin, daß selbst nach dem Beenden des Dampfeinpressens Restwasser und Verunreinigungen innerhalb der Poren des Bodens eingeschlossen bleiben, die der Dampfbehandlung im wesentlichen unzugänglich sind. Die Konzentration der Verunreinigungen in dem innerhalb der Poren eingeschlossenen Restwasser wird verdünnt, wenn sich Dampf durch diesen Bereich hindurchbewegt, die Verunreinigung wird aber nicht vollständig entfernt, teilweise deswegen, weil das eingeschlossene Wasser nicht vollständig entfernt wird. Erfindungsgemäß wird Dampf so beaufschlagt, daß er sich horizontal durch den zu dekontaminierenden Bereich bewegt und bei subatmosphärischem Druck durch Entnahmesonden entfernt wird. Dies wird solange getan, bis die in den extrahierten Fluiden und Gasen gefundene Kontaminierung ein verhältnismäßig stabiles und geringes Niveau annimmt. Eine weitere Dampfextraktion ist dann nicht länger effizient im Hinblick auf den Zeitaufwand und die Energiekosten in Anbetracht der nur noch geringen Mengen von Verunreinigungen, die entfernt werden. Zu diesem Zeitpunkt wird das Einpressen von Dampf beendet, aber die Entnahmesonden werden weiterhin mit unter dem Atmosphärendruck liegenden Druck beaufschlagt. Man hat unerwarteterweise herausgefunden, daß beim Beenden des Dampfeinpressens und dem Fortsetzens des Extrahierens mit subatmosphärischem Druck die Resthitze in dem kontaminierten Bereich ausreicht, um
a) den größten Teil des in den Poren eingeschlossenen Restwassers zu verdampfen (das anderenfalls durch Dampfextraktion nicht entfernt werden könnte) und
b) restliche flüchtige und sogar nichtflüchtige Stoffe zu entfernen, die ansonsten während der Dampfextraktion nicht entfernt werden könnten. Das letztgenannte Ergebnis ist wenigstens teilweise darauf zurückzuführen, daß die effektiven Dampfdrucke einiger der flüssigen Komponenten ansteigen aufgrund einer Erhöhung der relativen Konzentrationen der nach der Dampfbehandlung verbleibenden Verunreinigungen. Der unterhalb der Oberfläche liegende Bereich kann unter subatmosphärischen Druck gesetzt werden, da keine positive Druckbeaufschlagung durch die Einpreßsonden mehr erfolgt.
Durch Fortsetzen des Beaufschlagens der Entnahmesonden mit subatmosphärischem Druck kann der kontaminierte Bereich im wesentlichen getrocknet und von jeglichem Restwasser und in den Poren eingeschlossenen flüchtigen Stoffen befreit werden, wodurch sich ein saubereres Grundstück ergibt, als man es beim gleichzeitigen Beenden der Dampf- und Unterdruckbeaufschlagung erhalten hätte. Das Dampfeinpressen kann periodisch wiederaufgenommen werden, um die erhöhte Temperatur aufrechtzuerhalten und das Porenwasser mit Dampfkondensat anzureichern.
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform zum Erzeugen von Dampf und zum Verarbeiten der extrahierten Gase und Fluide aus dem kontaminierten Grundstück gezeigt. Der Dampferzeuger 10, der eine Brennstoffversorgung sowie Versorgungseinrichtungen für Wasser und Betriebsluft aufweist, versorgt jede der Einpreßsonden mit Dampf mit einer vorgesehenen Fließgeschwindigkeit und einem entsprechenden Druck mittels einer Mehrzahl von Leitungen 11, die jeweils mit Flüssigkeitsfallen 12 und Druckregulierern 13 ausgestattet sind. Durch Verwendung von Verteilerköpfen 15 kann jede der Leitungen 11 eine Mehrzahl von Einpreßsonden durch Leitungen 14 versorgen. In den Flüssigkeitsfallen angesammeltes Kondensat kann durch die Leitung 16 zum Dampferzeuger 10 zurückgeführt werden.
Jede Rückgewinnungssonde wird mittels einer hochvolumigen Vakuum- oder Absaugpumpe 17, die Gase aus dem Boden absaugt, mit Unterdruck beaufschlagt. Die Flüssigkeiten werden vom Boden der Rückgewinnungssonden abgepumpt und durch Leitungen 18 sowie die Leitung 20 in den Abscheidebehälter 19 geführt. Die Leitung 20 ist mit einem Durchflußmesser 21 versehen, der den Fluß durch diese Leitung 20 überwacht.
Die in getrennten Phasen abgeschiedene Verunreinigung wird aus dem Abscheidebehälter entfernt und durch die Leitung 22 in den Lagerbehälter 23 gepumpt. Das verunreinigte Wasser wird durch die Leitung 24 zu einem anderen Lagerbereich (nicht gezeigt) zum Zwecke des Weiterverarbeitens gepumpt.
Die aus den Entnahmesonden rückgewonnenen Gase werden von den Sonden durch Leitungen 25 und 26 in den Kondensator 27 geführt. Das Kondensat (einschließlich Wasser und Verunreinigungen) wird in den Abscheidebehälter 28 geführt, aus dem die abgeschiedene Phase der Verunreinigung in den Lagerbehälter 23 gepumpt wird, während Wasser durch eine Leitung 29 zu einem Lagerbereich (nicht gezeigt) zum Zwecke der weiteren Behandlung gepumpt wird. Ein Kühlturm 30 oder Luft-Wasser-Wärmetauscher hält die Wasserzufuhr des Kondensators bei Umgebungstemperatur. Um beim Verwenden eines Kühlturms das in die Atmosphäre verdampfende Wasser zu ersetzen, ist eine Wasserzusatzversorgung mittels der Leitung 31 vorgesehen. Durch den Kondensator 27 und den Abscheidebehälter 28 hindurchtretende Gase werden durch die Leitung 32 einem Aktivkohle-Adsorptionssystem zugeführt, das eine Reihe von Aktivkohlebehältern 33 aufweist, die entweder einzeln oder in Kombination betrieben werden können, und im Luftstrom vorliegende Verunreinigungen adsorbieren und dadurch die Luft reinigen, so daß diese durch die Leitung 34 in die Atmosphäre abgelassen werden kann. Das Filtersystem kann in situ regeneriert werden, indem man Dampf über die Leitung 35 durch die Behälter 33 hindurchtreten läßt. Dies vermindert das Volumen von verunreinigter Aktivkohle, die zu dem Grundstück hin bzw. von diesem abtransportiert werden muß. Die aus dem dampfbeaufschlagten Aktivkohlebehälter 33 entfernten Gase und Flüssigkeiten können genauso behandelt werden, wie die aus den Rückgewinnungssonden rückgewonnenen Gase und Flüssigkeiten, nämlich durch Einführen in den Kondensator über die Leitung 36.
In Fig. 2A ist eine Längsschnittansicht von zwei Einpreßsonden 40A und 40B und einer Entnahmesonde 41 gezeigt, die in einen unterhalb der Oberfläche befindlichen kontaminierten Bereich niedergebracht sind, der gekennzeichnet ist durch oberhalb des Grundwasserspiegels 43 angeordnete eingeschlossene Linsen von Verunreinigungen 42, ferner auf Höhe des oder nahe dem Grundwasserspiegel befindliche, eingeschlossene Linsen von Verunreinigungen 44 sowie unterhalb des Grundwasserspiegels befindliche, eingeschlossene Linsen von Verunreinigungen 45. Eine restliche Verunreinigung niedrigerer Konzentration ist auch innerhalb der Poren des Bodens (nicht gezeigt), der die Linsen 42, 44 und 45 umgibt, eingeschlossen.
Die Tiefe der Verunreinigung bestimmt den Einpreßdruck des Dampfes durch die Sonden 40A und 40B, da der Einpreßdruck nicht denjenigen Druck überschreiten sollte, der die Bildung vertikaler Spalten bewirkt. Dieser Spaltenbildung bewirkende Druck ist proportional dem Gewicht des Bodens, das wiederum mit der Tiefe ansteigt. Der Unterdruck, mit dem die Rückgewinnungssonde 41 beaufschlagt wird, wird durch die Größe der verwendeten Absaug- oder Vakuumpumpe bestimmt und sollte so niedrig wie praktisch möglich sein. Sobald die maximale Druckdifferenz zwischen den Einpreßsonden (40A und 40B) und der Rückgewinnungssonde 41 bestimmt ist, kann der optimale Abstand zwischen jeder Sonde bestimmt werden, um sicherzustellen, daß die Fließkräfte des horizontal fließenden Dampfes größer als die hydrostatischen Kräfte sind, so daß der Dampf gezwungen ist, horizontal durch den Boden so schnell zu fließen, daß er daran gehindert wird, den kontaminierten Bereich oberhalb zu passieren. Die Fließkraft von Dampf können Fachleute ohne weiteres mittels Darcy s Gesetz bestimmen. Durch Gleichsetzen der Fließkräfte mit den hydrostatischen Kräften kann der maximale Abstand zwischen Einpreß- und Rückgewinnungssonden bestimmt werden.
Auf ähnliche Weise kann die Anzahl der Sonden, die verwendet werden sollten, bestimmt werden. Die vertikale Ausdehnung der Kontamination bestimmt die Zeitperiode, in der Dampf eingepreßt wird, um sicherzustellen, daß der gesamte verunreinigte Bereich dampfbeaufschlagt wird. Bei gegebenen Drücken, Sondenabständen, gegebener Bodendurchlässigkeit und Einpreß-Zeitperiode kann der Fachmann die Fließgeschwindigkeit des eingepreßten Dampfes errechnen und so den Kessel oder Dampferzeuger dimensionieren.
Während des Betriebs strömt Dampf quer von den Seiten der Sonden 40A und 40B in Richtung auf die Entnahmesonde 41 zu und durchläuft den kontaminierten Bereich. Wasser und Flüssigkeiten werden vom Boden der Sonde 41 abgepumpt, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. Gase, Dämpfe und Wasserdampf werden mittels Unterdruck durch die Sonde 41 abgesaugt.
Nach einer ausreichend langen Dampfextraktion sind im wesentlichen alle Verunreinigungen aus den verunreinigten Linsen 42, 44 und 45 entfernt, gleiches gilt für viele der flüchtigen Materialien in dem die Linsen umgebenden Boden und in dem kontaminierten Bereich. Zu diesem Zeitpunkt sind der gesamte kontaminierte Bereich und der ihn umgebende Bereich im wesentlichen isotherm bis zu einer in Fig. 2B mit H bezeichneten Tiefe. Der Wasserspiegel am Boden der Entnahmesonde 41 ist aufgrund des Abpumpens von Wasser vom Boden dieser Sonde abgesenkt worden. Durch Analysieren der Verunreinigungen, die in dem Wasser, den Flüssigkeiten sowie dem Wasserdampf und den Dämpfen, die während der Dampfbeaufschlagung abgesaugt werden, enthalten sind, kann man feststellen, daß nach einer gewissen Zeitdauer das Niveau der Verunreinigung sich soweit verringert, daß eine weitere Dampfbeaufschlagung keine signifikante weitere Entfernung von Verunreinigungen bewirkt. Zu diesem Zeitpunkt wird, wie in Fig. 2B gezeigt, die Dampfbeaufschlagung beendet, aber die Extraktion unter subatmosphärischem Druck wird fortgesetzt, wodurch Dämpfe (und Flüssigkeiten, soweit vorhanden) von der Entnahmesonde 41 entfernt werden. Zu diesem Zeitpunkt ist das innerhalb der Poren des Bodens eingeschlossene Restwasser verdampft, sowohl aufgrund der Resthitze innerhalb der isotherm aufgeheizten Zone, als auch aufgrund der Druckverminderung durch die Unterdruckbeaufschlagung der Sonde 41. Dies bewirkt nicht nur das Entfernen von Restwasser, sondern auch von zusätzlichen flüchtigen und einigen nichtflüchtigen Stoffen, wodurch der Dekontaminierungsvorgang insgesamt verbessert wird. Der Dampf wird lokal in Bereichen erzeugt, in denen Wasser in Poren eingeschlossen ist, wie beispielsweise in der in Fig. 2B gezeigten Dampfzone.
Wenn signifikante Verunreinigungskonzentrationen in den rückgewonnenen Fluiden beobachtet werden und der Anteil von nichtkondensierbarem Gas (d.h. Luft) in dem durch das Saugpumpen rückgewonnenen Gas groß ist, kann das Einpressen von Dampf wiederaufgenommen werden, um die Bodentemperatur wieder auf Dampftemperatur anzuheben und das Porenwasser anzureichern.
Als ein zusätzliches Merkmal der vorliegenden Erfindung wird bei der Verwendung von Dampf der unterhalb der Oberfläche liegende Bereich, der von dem Dampf berührt wird und/oder der der durch den Dampf bewirkten Hitze ausgesetzt ist, im wesentlichen von natürlichen Bakterien, Pilzen etc. (zusammengefaßt Mikroben genannt) befreit. Nach dem Abkühlen des verunreinigten Bereichs können spezielle Mikroben zum biologischen Abbau in den kontaminierten Bereich eingefügt werden, um das Niveau der Kontaminierung weiter zu verringern. Dies stellt eine weitere Verbesserung dar, da ohne die Verwendung von Dampf die natürlichen Mikroben immer noch gegenwärtig sind und mit den zum biologischen Abbau eingeführten Mikroben konkurrieren. Wenn Nährstoffe zugeführt werden, um die Aktivität der Mikroben zum biologischen Abbau zu fördern, vermehren sich in vielen Fällen die natürlichen Mikroben statt der eingeführten Mikroben oder jedenfalls schneller als diese, so daß sie die eingeführten Mikroben überflügeln und die Wirkung des biologischen Abbaus aufheben. Dadurch, daß der kontaminierte Bereich im wesentlichen sterilisiert wird, sind die eingeführten Mikroben zum biologischen Abbau wirkungsvoller.
In Fig. 3 ist in einer Aufsicht eine beispielhafte Verwendung der vorliegenden Erfindung in einem kontaminierten Bereich gezeigt. Eine Mehrzahl von Einpreßsonden 60 sind innerhalb und an der Begrenzung des Grundstücks niedergebracht, von dem man annimmt, daß es dekontaminiert werden muß. Zwischen zwei oder mehr der Einpreßsonden 60 und von diesen beabstandet, sind Rückgewinnungssonden 62 angeordnet. Die Einpreßsonden 60 sind sämtlich auf geeignete Weise mit dem Dampfauslaß 64 des Dampferzeugers 66 verbunden (nicht gezeigt). Die Rückgewinnungssonden 62 sind sämtlich auf geeignete Weise mit dem Rückgewinnungseinlaß 68 der Rückgewinnungseinheit 70 verbunden (nicht gezeigt), die verwendet wird, um das Wasser und die Verunreinigungen zu verarbeiten, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. Eine Wasserversorgung 72 ist vorgesehen mit einer Leitung 74A und 74B zu und von dem Kondensator, der einen Teil der Rückgewinnungseinheit 70 darstellt, und mit einer Leitung 76 zu dem Dampferzeuger 66. Ein Tankwagen 78 kann verwendet werden, um über eine Leitung 80 das Kondensat (Wasser und/oder Verunreinigungen) aufzunehmen und vom Grundstück wegzubringen.
Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist zum Zwecke der Erläuterung und Beschreibung erfolgt. Es ist nicht die Absicht der Beschreibung, erschöpfend zu sein oder die Erfindung genau auf die offenbarte Ausführungsform zu begrenzen, es ist offensichtlich, daß im Lichte der obigen Lehren viele Veränderungen und Variationen möglich sind. Die Ausführungsformen sind gewählt und beschrieben worden, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären und so einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung und die verschiedenen Ausführungsformen sowie die verschiedenen Modifikationen bestmöglich anzuwenden und an die jeweilige beabsichtigte Verwendung anzupassen. Es ist beabsichtigt, daß der Schutzbereich der Erfindung durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt wird.

Claims

1. Verfahren zur in situ Dekontaminierung eines unter der Oberfläche liegenden kontaminierten Bereichs, der flüchtige Verunreinigungen, nicht flüchtige, wasserlösliche Verunreinigungen und nicht flüchtige, nicht wässrig lösliche Verunreinigungen enthält, bei dem nahe der äußeren Begrenzung und/oder innerhalb des kontaminierten Bereichs ein Einpreß-Sondensystem aufgebaut wird und bei dem wenigstens eine von dem Einpreß-Sondensystem beabstandete Entnahmesonde innerhalb des kontaminierten Bereichs aufgebaut wird, wobei die Verbesserung gekennzeichnet ist durch:

a) Aufbauen eines Einpreß-Sondensystems mit einer Mehrzahl von Einpreß-Sonden;

b) gleichzeitiges Einpressen von Dampf in das Einpress-Son densystem und Beaufschlagen der wenigstens einen Entnahmesonde mit einem unter dem Atmosphärendruck liegenden Druck, wodurch Dampf in einer im wesentlichen horizontalen Richtung durch den kontaminierten, unterhalb der Oberfläche liegenden Bereich gesaugt wird und dabei diesen Bereich erwärmt und eine beträchtliche Menge der flüchtigen Verunreinigungen verflüchtigt und aus diesem Bereich extrahiert; wodurch Wasser, nichtflüchtige und flüchtige Verunreinigungen durch die Entnahmesonde abgesaugt werden;

c) Beenden des Einpressens von Dampf in das Einpreß-Sonden System und Fortsetzen des Beaufschlagens der wenigstens einen Entnahmesonde mit unter dem Atmosphärendruck liegenden Druck, um restlichen Dampf sowie restliche Gase und Flüssigkeiten aus dem unterhalb der Oberfläche liegenden Bereich abzusaugen, wobei die Gase und der Dampf durch die restliche Hitze in dem unterhalb der Oberfläche liegenden Bereich verflüchtigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) während eines Zeitabschnitts durchgeführt wird, der ausreichend lang ist, um eine beträchtliche Menge der Verunreinigungen aus dem Bereich zu entfernen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt c) während eines Zeitabschnitts durchgeführt wird, der ausreichend lang ist, um eine beträchtliche Menge der Verunreinigungen aus dem Bereich zu entfernen.

4. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt d) des Einführens von Mikroben und Nährstoffen für diese Mikroben in den Bereich zum biologischen Abbau jeglicher restlichen Verunreinigung.

5. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Wiederholung des Schritts b) und des Schritts c)