Factsheet in situ strippen

Algemene techniekbeschrijving

In situ strippen (persluchtinjectie) is een techniek waarbij (onder hoge druk) lucht wordt geïnjecteerd onder de grondwaterspiegel. Door deze luchtinjectie treden de volgende processen op:

Bij in situ strippen wordt het systeem geoptimaliseerd voor met name vervluchtiging. Bij biosparging ligt de nadruk op stimulering van de afbraak. De via luchtinjectie verontreinigde lucht verplaatst zich van de verzadigde zone naar de onverzadigde zone. Afhankelijk van de afbraak in de onverzadigde zone en de bedreigde objecten kan het noodzakelijk zijn de verontreinigde lucht door middel van een bodemlucht-extractiesysteem te verwijderen

Een voordeel van deze techniek is dat in principe geen onttrekking van water nodig is. Het is nog onduidelijk in hoeverre luchtinjectie een grondwaterstroming induceert. Modellering en onderzoeksresultaten wijzen er op dat de door sparging opgewekte grondwaterstroming beperkt is.

Toepassingsgebied en indicatie saneringsresultaat

Verontreinigingstype

Vluchtige verbindingen met een dampspanning van tenminste 100 N/m2, of een Henry Coëfficiënt van 0,01 (olieverontreinigingen met een ketenlengte korter dan C12, aromaten en chloorethenen) kunnen met deze techniek behandeld worden.

Dit geldt tevens voor drijflagen met bovengenoemde eigenschappen en verontreinigende stoffen in de volcapillaire zone, waarbij dit over het algemeen in combinatie met bodemluchtextractie wordt uitgevoerd.

Naast vervluchtiging is gebleken dat persluchtinjectie tevens de beschikbaarheid van verontreinigende stoffen in de waterfase doet toenemen. Deze techniek kan daardoor ook als aanvullende maatregel op een grondwateronttrekking worden gebruikt. Zaklagen kunnen niet verwijderd worden met deze techniek. Wel kan sparging als aanvullende maatregel voor verwijdering van zaklagen in combinatie met grondwateronttrekking worden toegepast.

Bodemtype

Bij doorlatendheden van meer dan 0,5 m/dag kan persluchtinjectie zonder meer goed toegepast worden.Een heterogene bodemopbouw kan echter negatieve invloed hebben op het saneringsresultaat en de invloedssfeer, omdat minder goed doorlatende lagen slechter doorstroomd worden met lucht en omdat lucht zich kan ophopen onder en kan afstromen langs de slecht doorlatende lagen. Met name de heterogeniteit kan de invloedssfeer sterk beïnvloeden.Daarom wordt geadviseerd om bij heterogene cq. minder doorlatende pakketten (< 0,5 m/dag) in het veld een pilot test uit te voeren om de werking te onderzoeken.

In de onverzadigde/capillaire zone, bij heterogene slecht doorlatende pakketten cg. drijflagen, kan persluchtinjectie in combinatie met bodemluchtextractie in de onverzadigde zone worden toegepast.

Tabel In situ strippen of persluchtinjectie vluchtige verbindingen

De prestatie van persluchtinjectie/biosparging in de verzadigde zone is lager dan de prestatie van de bodemluchtextractie in de onverzadigde zone. Het is namelijk moeilijker om door middel van persluchtinjectie een uniforme doorspoeling van de bodem te bewerkstelligen. Tijdens injectie ontstaan voorkeurskanalen waardoor de lucht preferent stroomt. De bodemdelen buiten de preferente stroombanen worden nauwelijks belucht. De verontreinigende stof moet over een relatief grote afstand in de waterfase diffunderen in de richting van deze kanaaltjes voordat vervluchtiging op kan treden.

Voor verontreinigende stoffen die zich bevinden in een smeerzone rondom de grondwaterspiegel vergroot persluchtinjectie het saneringsrendement. Door de persluchtinjectie stroomt de lucht door de smeerzone heen, terwijl bij luchtextractie alleen de lucht langs de bovenkant van de smeerzone stroomt.

Drijflaag/zaklaagverwijdering

Drijflagen

Drijflaagverwijdering is mogelijk voor vluchtige verontreinigingen. De onder de drijflaag geïnjecteerde lucht stroomt door de smeerzone en de drijflaag. Het strippen en het zuurstofrijk maken verloopt efficiënter dan bij alleen bodemluchtextractie. De efficiëntie wordt verder verhoogd door de techniek te combineren met lokale onttrekkingen met gecombineerde filters (geschikt voor water/olie en lucht) rondom de grondwaterspiegel.

Een ander effect van persluchtinjectie is dat olie, die in de smeerzone ingesloten zit in poriën, kan worden verdreven naar de grondwaterspiegel,alwaar het vervluchtigd wordt of afgepompt kan worden. Veelal wordt bij dit proces ook een tijdelijke verhoging van de concentratie verontreinigende stof in het grondwater gemeten. Persluchtinjectie vergroot dus de beschikbaarheid van de verontreinigende stoffen.

Zaklagen

De aanwezigheid, omvang en locatie van zaklagen is in de praktijk moeilijk vast te stellen. Het ontwerpen en de dimensionering van een saneringssysteem is dan ook moeilijk. Door middel van persluchtinjectie kan, naast het verwijderen door strippen, in poriën ingesloten puur product vrijgemaakt worden. Dit heeft voor- en nadelen. Het vergroot de beschikbaarheid en de concentratie in de waterfase en daarmee ook de efficiëntie van de verwijdering. Het gevaar is echter dat het gemobiliseerde product versneld in de bodem wegzakt. Dit bemoeilijkt de reiniging en vergroot de omvang van het probleem. Omdat zaklagen zich vaak aan de bovenzijde van het grensvlak van goed- en slechtdoorlatende bevinden is een effectieve beluchting van zaklagen meestal niet mogelijk.

Indicatie saneringsresultaat

Aangezien lucht circa 50 keer dynamischer is dan water, zal door deze methode over het algemeen sneller een saneringsresultaat worden gerealiseerd dan door middel van spoelen met alleen water.

Hierdoor kunnen, afhankelijk van de aanvangsconcentraties en de aanwezigheid van grondverontreinigingen, verwijderingssnelheden van 1 tot 35 mg/l per dag gerealiseerd worden.

De gehalten in de grond kunnen echter minder efficiënt worden gereduceerd dan bij bioventing/bodemluchtextractie, omdat de mate van beluchting en de dichtheid van luchtkanalen minder groot is.Er zijn voor niet afbreekbare verbindingen (bijv ckw's) weinig data bekend van de effectiviteit van persluchtinjectie op de gehalten in de grond.

Een hoog organisch stofgehalte (> 1 %) en minder doorlatende lagen zullen leiden tot respectievelijk een grote retardatie van verontreinigingen en daardoor een lange saneringsduur.

Indien de verontreinigende stoffen alleen in geadsorbeerde vorm in het grondwater voorkomen, kan met behulp van persluchtinjectie (in combinatie met grondwateronttrekking) in een goed doorlatende bodem met een laag organisch stofgehalte de Streefwaarde bereikt worden.

Na afsluiting blijken de concentraties in het grondwater in sommige gevallen opnieuw te stijgen (rebound) door het achterblijven van puur product in niet beluchte delen van de bodem. Derhalve dient enkele maanden na stilzetting van de saneringsactiviteiten het grondwater nogmaals bemonsterd te worden.

Aandachtspunten voor het ontwerp

De invloedsstraal wordt bepaald door de bodemopbouw (gelaagdheid) maar kan echter gevarieerd worden door de diepte van het filter ten opzichte van de grondwaterstand en door de injectiedruk en de hoeveelheid lucht die geïnjecteerd wordt. Over het algemeen wordt de vuistregel gehanteerd dat de invloedsstraal van een persluchtfilter evenredig is met de diepte van het filter onder het grondwaterniveau waarbij een maximum invloedsstraal van 6 meter geldt. Indien meer zekerheid omtrent de invloedssstraal benodigd is, kan dit door middel van een kortlopend veldexperiment worden verkregen.

De lucht wordt geïnjecteerd met behulp van compressoren of ventilatoren waarbij de injectiedruk afhankelijk is van de diepte onder de grondwaterspiegel en de doorlatendheid van de bodem. Wanneer met behulp van compressoren wordt gewerkt wordt de lucht veelal pulserend geïnjecteerd. In de regel wordt gebruik gemaakt van verticale luchtinjectiefilters.

Kosten

De kosten van de uitvoering van persluchtinjectie zijn afhankelijk van de mate van verontreiniging van de grond en bedragen gemiddeld € 5 tot € 40 per m3, inclusief energiekosten. Indien bodemluchtextractie noodzakelijk is dienen daarvoor extra kosten meegenomen te worden.

Omgevingsrandvoorwaarden

In principe kan verstoring van de bodemmatrix, en daardoor de draagkracht van de grond, optreden wanneer de injectiedruk hoger is dan de gronddruk. In de praktijk zijn echter nog nooit dusdanige drukken gerealiseerd dat deze zettingen hebben veroorzaakt.

Ten gevolge van de injectie van lucht onder veenlagen kan in theorie het in de bodem aanwezige veen oxideren, waardoor zettingen kunnen ontstaan. In praktijk zijn echter nog geen cases bekend waar dit verschijnsel is waargenomen.

Beperkingen van de toepasbaarheid van de techniek

Verbindingen die niet vluchtig en niet afbreekbaar zijn kunnen niet verwijderd worden met deze techniek. Niet vluchtige verbindingen die wèl afbreekbaar zijn kunnen door middel van biosparging worden gesaneerd.

Een hoog organisch stofgehalte (> 1 %) zal leiden tot een grote retardatie van verontreinigingen en zal daardoor de saneringsduur verlengen en het eindresultaat verhogen.

Ten gevolge van de injectie van lucht zullen het in het water opgeloste ijzer, mangaan en arseen oxideren en neerslaan. Een negatieve invloed van hoge ijzergehalten in het grondwater op de effectiviteit van persluchtinjectie is niet bekend uit praktijkgegevens.

Operationaliteit, trends en ontwikkelingen

Er zijn reeds vele toepassingen gerealiseerd met deze techniek. In hoofdzaak wordt persluchtinjectie ingezet voor biologisch afbreekbare verbindingen (biosparging). Tevens blijkt dat de techniek, weliswaar op pilotschaal, ook bij vluchtige verontreinigingen in bodemtype 3 en 4 met succes is toegepast. Er is een trend waarneembaar naar het toepassen van steeds meer filters zodat beter geanticipeerd kan worden op de verontreinigingssituatie die zich voordoet.

Naar verwachting zal de techniek in de toekomst eveneens ingezet worden als reactief scherm en beheersmaatregel, teneinde verspreiding van verontreinigd bodemmateriaal tegen te gaan zonder actieve onttrekking van water.

Daarnaast wordt door sommige partijen gewerkt met met speciale filters die tot een fijnmaziger bellenstructuur leiden waardoor beter uitwisseling tussen water en lucht kan optreden. Bij deze ontwikkelingen is tevens een verlaging van een injectiedebiet waarneembaar. Bij de C-sparge technologie wordt ozon als oxidator aan de lucht toegevoegd waardoor naast vervluchtiging chemische oxidatie van verontreinigende stoffen optreedt.