In situ strippen/persluchtinjectie, uitvoeringsvormen, stoom gestimuleerde extractie (SGE) 1
Principe van de techniek
Een bijzondere uitvoeringsvorm van in situ strippen/persluchtinjectie is de stoom gestimuleerde extractie (SGE). Bij deze techniek worden de verontreinigingen in de ondergrond versneld gemobiliseerd en verwijderd door de injectie van stoom. Veelal wordt het aangeduid als "stoominjectie" of "stoomstrippen" wat niet volledige beschrijvingen zijn van de techniek. Een belangrijk aspect is dat de stoom horizontaal door de bodem wordt geleidt en niet, zoals vroeger veelal onsuccesvol toegepast, verticaal. De stoom volgt de horizontale gelaagdheid van de bodem die tevens veelal het voorkomen van de verontreiniging domineert.
Stoom gestimuleerde extractie is erop gericht om de mobiliteit van de verontreiniging te vergroten en de extractie te laten plaatsvinden via de gasfase en de waterfase. Het belangrijkste aspect van de saneringstechniek is de extractie; de injectie van stoom is additioneel. Door de toegevoegde warmte (tot aan en voorbij het kookpunt) verschuiven en versnellen de belangrijkste processen die de tijdsduur voor de extractie bepalen. Hierdoor neemt de saneringsduur zeer significant af. De voornaamste processen die versnellen zijn:
- vergroting van de oplosbaarheid in de waterfase.
- versnelling van de desorptie van het korrelskelet.
- vervluchtiging van het puur product en opgeloste verontreiniging naar de gasfase.
- vergroting van de diffusiesnelheden in zowel de gasfase als de waterfase.
- verbeterde stroming van puur product naar het extractiefilter door verlaging van de oppervlaktespanning en de viscositeit.
- in-situ oxidatie en versnelde biologische omzetting.
In figuur 1 zijn de processen schematisch weergegeven:
Figuur 1 Door stoom gestimuleerde processen in de bodem[Pijls, 2006]
Voor de toepassing worden grondwater- en bodemluchtextractie eenheden geïnstalleerd. Voor de injectie van stoom worden, afhankelijk van de bodemopbouw en de distributie van de verontreiniging, injectiefilters boven en/of onder de grondwaterspiegel geïnstalleerd. De verspreiding van de geïnjecteerde warmte wordt gecontroleerd met thermokoppels en andere meetmethoden. De onttrekking zal zodanig uitgevoerd worden dat alle gemobiliseerde verontreiniging gecontroleerd wordt geëxtraheerd.
De toepassing van SGE is erop gericht om binnen een tijdsbestek van maanden tot mogelijk één of enkele jaren een brongebied te saneren.
Toepassingsmogelijkheden
Verontreinigingstype
De voornaamste verontreiniging die aangepakt kunnen worden met deze techniek zijn de organische verbindingen. Hierbij kan gedacht worden aan drijflagen en zaklagen tot op zeer grote diepten. Ook metallisch kwik kan behandeld worden, maar er zijn geen toepassing van de SGE op deze verontreiniging bekend.
Afhankelijk van de distributie van de verontreiniging en de aard van de verontreiniging zal de verwijdering voornamelijk plaatsvinden via of de waterfase of de gasfase.
De techniek is ideaal voor de aanpak van een specifiek volume bodem. De verontreiniging (vrijwel onafhankelijk van de hoeveelheid) binnen dit volume zal worden gesaneerd. Gezien de intensiteit van de techniek is de toepassing hiervan in de bronzone het meest voor de hand liggend.
Bodemtype
Stoom gestimuleerde extractie kan zowel in de verzadigde zone als in de onverzadigde zone worden toegepast. De toepasbaarheid van deze techniek is sterk afhankelijk van de doorlatendheid van de bodem die gesaneerd moet worden. Een afname in doorlatendheid leidt tot een afname in de hoeveelheid stoom (energie) per tijdseenheid geïnjecteerd kan worden. Bij een doorlatendheid van minder dan 0,1 m/d wordt is de doorlatendheid dusdanig beperkt dat een goede controle en een snelle opwarming van de bodem met deze techniek beperkt is. Opwarming door gebruik te maken van weerstandsverwarming (stroominjectie gestimuleerde extractie, ook wel Six Phase Heating, of Tri-Phase Heating genoemd) is dan waarschijnlijk effectiever en efficiënter [EPA, 2005].
In sterk heterogene bodems zal vanwege de slecht doorstroming van minder goed doorlatende lagen de toepasbaarheid beoordeeld moeten worden aan de hand van de dikte van minder doorlatende lagen. Slechter doorlatende bodemlagen zoals leemlenzen en kleilaagjes tot circa een halve meter dikte welke omgeven zijn door voldoende doorlatende lagen kunnen goed aangepakt worden. Door de thermische geleiding van deze lenzen en laagjes zullen ook verontreinigingen in de slechter doorlatende lagen worden gemobiliseerd en verwijderd. Dikkere lagen kunnen niet goed met stoom verwarmd worden.
Stoom gestimuleerde extractie kan in principe op elke diepte worden toegepast. Hoe dieper de aan te pakken bodemverontreiniging des te gemakkelijker de controle en dus de uitvoering van de techniek. Bij toepassing van SGE nabij het maaiveld maakt de noodzaak van mogelijke additionele maatregelen ter voorkoming van doorbraak naar het maaiveld noodzakelijk.
De toepasbaarheid van SGE in bodemlagen waarin veen voorkomt is nog niet helder. Een mogelijke afname van draagkracht van de veenlaagjes door de verwarming is niet ondenkbaar, maar onderzoek hiernaar is voor zover bekend niet uitgevoerd. Stoomgestimuleerde extractie is bij uitstek een techniek voor bronverwijdering en herstel van de bodemkwaliteit in matig tot goed doorlatende bodems. De uitvoeringstijd van saneringen met stoomgestimuleerde extractie bedraagt eerder maanden dan jaren. Op de lange termijn is de kosteneffectiviteit van de stoomgestimuleerde extractie laag.
De techniek is uit het oogpunt van kosteneffectiviteit ook niet toepasbaar voor beheersmaatregelen, omdat deze zich richten op de opgeloste fase van verontreinigingen.
De uitvoeringswijze van deze techniekvorm is sterk afhankelijk van de verontreinigingssituatie en de bodemopbouw.