Richtlijn herstel en beheer (water)bodemkwaliteit

In situ strippen/persluchtinjectie, uitgangspunten bij het ontwerp, in situ systeem

In figuur 1 is op schematische wijze een in situ stripsysteem met bodemluchtextractie weergegeven. Via een filter wordt lucht geïnjecteerd in de verzadigde zone, het injectiepunt dient onder de verontreiniging plaats te vinden om de gehele verontreiniging te bestrijken. De combinatie van in situ strippen met bodemluchtextractie is een effectieve wijze van het behandelen van een verontreiniging met vluchtige componenten, zowel boven als onder de grondwaterspiegel.

Figuur 1 Schematische weergave van een persluchtinjectie in de verzadigde zone [Pijls, 2006]

Aspecten die van belang zijn voor het ontwerp, zijn:

Gelaagdheid van de bodem

Een goed contact tussen striplucht en de (verontreinigde) onverzadigde zone is het uitgangspunt van een succesvolle sanering. Om een goed stripeffect te creëren, is het noodzakelijk dat de striplucht verticaal kan ontwijken. Wanneer boven het injectiepunt een slecht doorlatende laag aanwezig is, kan er een drukopbouw in de bodem plaatsvinden. Daarnaast kan door horizontaal ontwijken van de perslucht een ongecontroleerde verspreiding van de verontreiniging optreden, zie figuur 2. Onderzoek naar de ligging van ondoorlatende lagen is daarom van belang.

Figuur 2 Verspreiding van de verontreiniging door horizontale luchtstroming, naar een experiment van [Ji]

Injectiedruk en -debiet

Bij persluchtinjectie (ofwel (bio)sparging) nemen de korrelspanningen in de ondergrond af. Vooral bij sparginglocaties met een relatief ondiepe grondwaterspiegel en locaties nabij oppervlaktewater, waar de waterstand al boven maaiveld ligt of kan komen, kan afhankelijk van de (toenemende) grootte van de injectiedruk het draagvermogen van funderingen afnemen of de ondergrond door verweking of ongewenste scheuren bezwijken. Aan de hand van de gemiddelde diepteligging van de lagen en de grondwaterstand kan het verloop van de gronddruk en de hydrostatische druk met de diepte worden berekend. Met deze gegevens kan de minimale benodigde en de maximaal toegestane injectiedruk bepaald worden. Indien de injectiedruk bekend is kan het debiet bepaald worden.

Figuur 3 : Minimale en maximale injectiedruk [NOBIS 95-02-2 en NOBIS 95-1-13]

Het vaststellen van het injectiedebiet en druk kan op verschillende manieren plaatsvinden:

  • Standaard benadering
  • Berekeningen
  • Pilot proef

De standaardbenadering voor kleine locaties (ca 200 m2) gaat uit van LNAPL verontreinigingen en is gebaseerd op expert judgement. In de meeste van deze gevallen is het aantal filters beperkt en niet kritisch voor de kosten van de installatie. Het systeem wordt in hoofdzaak ontworpen op basis van de omvang en diepte van de van de verontreiniging.Typische ontwerpkenmerken zijn:

  • Filterdiepte van 3 tot 4 meter onder de grondwaterspiegel (afhankelijk van de ligging van de verontreiniging )
  • Een filterlengte van 1 meter
  • Interne diameter van filters van 40 tot 50 mm (HDPE)
  • Filterafstand van 4 tot 5 meter
  • Injectiedruk van 80 tot 150 KPa;
  • Een intermitterende injectie met een debiet van 5 tot 20 m3/uur

Bij berekeningen kan de invloedsstraal worden bepaald bijvoorbeeld met nomogrammen (deze benadering is uitgewerkt in [NOBIS 95-1-13] of door middel van de dimensioneringshandvatten en Q-H krommen uit [NOBIS 95-02-2]. Bij deze benaderingen is voor een aantal technieken de relatie tussen injectiedruk, debiet en een homogene bodemtextuur beschreven.

In geval van twijfel over het effect van de bodemheterogeniteit op de invloedsstraal of indien grote aantallen injectiefilters nodig zijn is het zinvol om een pilot test uit te voeren.

Invloedssfeer

De druk die door de injectie wordt aangebracht is bepalend voor de luchtstroming. De invloedssfeer is in sterke mate afhankelijk van de bodemopbouw en de injectiediepte en in minder mate van het injectiedebiet en druk.

Grondwaterstand

Door persluchtinjectie kan de grondwaterstand plaatselijk worden verhoogd. Wanneer op het grondwater een drijflaag aanwezig is, kan deze door de grondwaterstandverhoging worden verspreid en verder versmeerd. Het verwijderen van drijflagen, voordat met persluchtinjectie wordt begonnen, verdient daarom aanbeveling;

Bodemluchtafzuiging

Omdat bij gebruik van persluchtinjectie het ontwijken van verontreinigingen via het bodemoppervlak of het grondwater een reële mogelijkheid is, is het aan te bevelen bij het ontwerp van het systeem bodemluchtafzuiging en grondwateronttrekking mee te nemen. De invloedssfeer van de bodemluchtextractie; om de ontwijkende gassen in te vangen dient het debiet van de bodemluchtextractie hoger te zijn dan die van de persluchtinjectie;

Infrastructuur

Er met bij het ontwerp rekening gehouden worden met de aanwezigheid van ruimten waarin (ongecontroleerd) ontweken bodemlucht zich kan ophogen, zoals kruipruimten.

Intermitterende injectie

Continu of intermitterend (pulserend) lucht injecteren; het continu infiltreren van lucht zorgt voor een maximaal stripeffect van de verontreinigingen en overdracht van zuurstof naar het grondwater ten behoeve van bacteriële afbraak, maar kan leiden tot kanaalvorming en permanente kortsluitstromen [Johnson, Loden]. Dit kan worden voorkomen door de lucht intermitterend te injecteren. Verder lijkt intermitterend injecteren te leiden tot een betere verspreiding van opgeloste zuurstof.

Capaciteit injectiefilters

Bij het ontwerpen van een injectiesysteem moet rekening worden gehouden met mogelijke vermindering van het injectiedebiet tijdens de sanering. De oorzaken zij niet altijd duidelijk te achterhalen, maar een verminderde doorlatendheid kan ontstaan ten gevolge van de vorming van neerslagen door oxydatie van ijzer of mangaan, het strippen van kooldioxide en het mobiliseren van fijne bodemdeeltjes. Hoe dan ook blijkt in de praktijk de capaciteit van luchtinjectiefilters in de loop van de tijd langzaam af te nemen.