Bodemverhitting, uitvoeringsvorm en toepassingsgebied directe elektrische verwarming

Directe electrische verhitting; beschrijving van de techniek
Door elektrische stroom door de bodem te voeren wordt warmte geproduceerd. De methode (ERH) maakt gebruik van de elektrische weerstand van de bodem om gericht warmte op te wekken in een specifiek verontreinigd gebied (bronzone). Als de opwarming wordt doorgezet tot het kookpunt van het mengsel van water en verontreiniging in de poriën wordt bereikt ontstaat er stoom. De stoom stript de verontreiniging uit het grondwater, waardoor deze door middel van bodemluchtonttrekking kan worden opgevangen en afgebroken of afgevoerd.

Het vermogen dat nodig is voor de opwarming is gelijk aan de warmtecapaciteit van bodembestanddelen en water en de verdampingswarmte van het water c.q de verontreiniging die in damp wordt omgezet. In kleiige en organische stof rijke bodems is de elektrische geleidbaarheid relatief gunstig door het relatief hoge watergehalte, aanwezige zouten en geadsorbeerde ionen. Het benodigde vermogen is globaal:

Vermogen = (voltage)2/ weerstand

De weerstand is ook een functie van de temperatuur en als het water het kookpunt bereikt neemt de weerstand sterk af door de toegenomen mobiliteit van de ionen in oplossing. De elektrische weerstand van de bodem kan in het veld worden gemeten. De totale weerstand van een direct electrisch bodemverwarmingssysteem wordt bepaald door de weerstand van de bodem en de geometrie van de plaatsing van de elektroden. Een opstelling met een totale weerstand van 10 tot enkele honderden Ohm en 100 tot 1.500 Volt resulteert in een verbruikt vermogen van tientallen tot enkele honderden kiloWatts.

Een systeem voor directe elektrische bodemverhitting bestaat uit in de bodem geplaatste elektroden om de stroom door de ondergrond te leiden, die de bodem opwarmt. De verwarming van de te behandelen bodem moet zo gelijkmatig mogelijk zijn. Hierom wordt meestal meerfase wisselspanning toegepast, three phase heating, of six phase heating. De keuze tussen drie fasen wisselspanning of zes fasen hangt af van de vorm en de omvang van het te behandelen gebied. Voor beide geldt dat van normale krachtstroom de drie fasen worden gesplitst in drie of in zes aparte fasen., die dan naar een opstelling van electroden worden geleid. Six phase heating werkt optimaal voor een opstelling in een regelmatig zeshoek (cirkelvormig te behandelen gebied met een diameter van ca. 20 m). Voor andere vormen van het te behandelen gebied heeft six phase heating te maken met onregelmatige opwarming tussen de electroden, waardoor six phase heating minder praktisch wordt (qua efficiënt energiegebruik). Three phase heating is de ideale opstelling voor grotere te behandelen gebieden met een onregelmatige vorm. Six phase heating is meer geschikt voor pilots en de behandeling van relatief kleine oppervlakken. Brongebieden van verontreiniging met tri en per zijn trouwens meestal niet groot.

Elektroden worden geplaatst door boringen of door sondeertechnieken (door ruimte bepaald). Electroden kunnen ook onder een hoek of horizontaal worden geplaatst. De stroomdichtheid rond de elektroden is het grootst; de geleidbaarheid rond de elektroden mag daarom niet te laag zijn. Als door een te hoge weerstand direct om de elektroden een spanningsval optreedt wordt de bodem onvoldoende verwarmd. Boven het grondwater of tijdens de productie van stoom wordt de bodem extra geleidend gemaakt door water in de bodem te injecteren. Aan het water kan enig zout worden toegevoegd. Ook kan er rond elektroden een goed geleidende pakking worden aangebracht van grafiet of staalhagel.

Stoom, grondwater en bodemlucht worden onttrokken via de holle electroden.

Directe elektrische verhitting, toepasbaarheid
Directe elektrische verhitting is vooral geschikt voor de behandeling van heterogene minder doorlatende bodems verontreinigd met vluchtige vloeistoffen (D)(NAPL’s). De verontreiniging kan aanwezig zijn, zowel boven als onder de grondwaterspiegel, als drijflaag of als zaklaag.Voor matig vluchtige componenten wordt bij voorkeur met indirecte electrische verwarming gewerkt.
De techniek werkt dus vooral goed in bodems, die normaal moeilijk met in situ tchniek te saneren zijn. Vanwege de korte saneringsduur is de techniek zeer geschikt als de tijd voor sanering beperkt is.

Voor de gecombineerde onttrekking van bodemlucht (en grondwater) moet de onverzadigde zone een dikte hebben van tenminste 1,0 m.