DE10029344A1

DE10029344A1 - Treatment of ground water contaminated with alkyl lead compounds comprises introducing air, oxygen or nitrogen into the ground water through an injection well

Info

Publication number: DE10029344A1
Application number: DE2000129344
Authority: DE
Inventors: Mathias Luber; Franz Rupp; Josef Brauns; Kurt Gommeringer
Original assignee: IUG INGENIEURGESELLSCHAFT fur
Current assignee: IUG INGENIEURGESELLSCHAFT fur
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2001-10-18
Also published as: DE20023685U1; DE20023685U8

Abstract

Treatment of ground water contaminated with alkyl lead compounds comprises introducing air, oxygen or nitrogen into the ground water through an injection well to promote chemical and/or microbial conversion of the alkyl lead compounds into inorganic lead.

Description

Purpose of the procedure

Das Verfahren dient der in-situ Reinigung von Grundwasserverunreinigungen mit Alkylbleiverbindungen mittels Luftinjektionsbrunnen. Zweck des Verfahrens ist, durch Eintrag von Luft durch Sauerstoff- und/oder Stickstoffanreicherung eine chemische und/oder mikrobiologische Umwandlung von unpolaren und polaren Alkylbleiverbindungen zu anorganischem Blei (z. B. Bleikarbonat, Bleisulfid) im Grundwasser zu bewirken. Weiter wird mit dem Verfahren bezweckt, eine Mobilisierung der löslichen Alkylbleiverbindungen in Bereiche außerhalb der in Gang gesetzten Grundwasser-Zirkulationswalze zu verhindern.The process is used for in-situ cleaning of groundwater contamination Alkyl lead compounds using air injection wells. Purpose of the procedure is through air entry chemical and / or microbiological through oxygen and / or nitrogen enrichment Conversion of non-polar and polar alkyl lead compounds to inorganic lead (e.g. Lead carbonate, lead sulfide) in the groundwater. The aim of the method is also one Mobilization of the soluble alkyl lead compounds in areas outside of those started To prevent groundwater circulation roller.

Description of the device

Die Vorrichtung besteht aus einem Luftinjektionsbrunnen. Der Luftinjektionsbrunnen ist eine bekannte Grundwassersanierungstechnik nach dem Prinzip des Grundwasserzirkulationsverfahrens. Der Luftinjektionsbrunnen kombiniert das Prinzip der Mammutpumpe und das des Stripreaktors zur Eliminierung leichtflüchtiger Stoffe aus dem Grundwasser. Der Brunnen besteht aus einem handelsüblichen Brunnenaufbau, in der Regel aus Kostengründen mit ∅ DN 50, und wird mit Wickeldrahtfilterrohren z. B. aus VA oder aus PVC-Schlitzbrückenfilterrohren (3) hergestellt. Es können auch größere oder kleine Brunnenrohrdurchmesser sowie alle für den Brunnenbau gängigen Werkstoffe verwendet werden. Die ungesättigte Bodenzone (7) wird über ihre gesamte Mächtigkeit T mit einem Vollrohr ausgebaut. Der Einbau der Brunnenrohre in das Erdreich erfolgt ohne Kiesschüttung, d. h. die Rohre binden unmittelbar an das umgebende Gebirge an, um einen hydraulischen Kurzschluß im Kiesmantel zu vermeiden. Der Brunnen ist an der Sohle mit einer Abdeckung (5) versehen. Der Einbau der Brunnenfilterrohre (3) soll so erfolgen, daß die Brunnenfilterrohre möglichst mit der Lage der Grundwasseroberfläche (8) abschließen. Der Brunnenkopf ist dergestalt ausgebildet, daß die ausgestrippten leichtflüchtigen Komponenten über eine Verrohrung (2) einer Reinigungsanlage zugeführt werden. Bei sehr flachen Grundwasserleitern wird zur Entspannung von aufsteigenden Schaumbildungen im Brunnenrohr auf den Brunnenkopf ein Rohr (z. B. PVC) mit größerem Durchmesser (z. B. DN 100 bis DN 150) aufgesetzt.The device consists of an air injection well. The air injection well is a well-known groundwater remediation technique based on the principle of the groundwater circulation process. The air injection well combines the principle of the mammoth pump and that of the strip reactor to eliminate volatile substances from the groundwater. The well consists of a commercially available well structure, usually for reasons of cost with ∅ DN 50, and is equipped with winding wire filter tubes e.g. B. made of VA or PVC slot bridge filter tubes ( 3 ). Larger or smaller well pipe diameters and all common materials for well construction can also be used. The unsaturated soil zone ( 7 ) is expanded over its entire thickness T with a solid tube. The well pipes are installed in the ground without gravel, ie the pipes bind directly to the surrounding mountains to avoid a hydraulic short circuit in the gravel casing. The bottom of the fountain is provided with a cover ( 5 ). The well filter tubes ( 3 ) should be installed in such a way that the well filter tubes are as close as possible to the position of the groundwater surface ( 8 ). The well head is designed in such a way that the stripped volatile components are fed to a cleaning system via piping ( 2 ). In the case of very shallow aquifers, a pipe (e.g. PVC) with a larger diameter (e.g. DN 100 to DN 150) is placed on the well head to relieve rising foam formation in the well pipe.

Der Ausbau des Luftinjektionsbrunnens kann als vollständiger Brunnen über die gesamte Aquifermächtigkeit H erfolgen, bei dem die Brunnenfilterrohre bis zu einem anstehenden Grundwasserstauer (z. B. Tonschicht) geführt sind (15). Außerdem kann der Brunnenausbau auch "unvollständig" sein, d. h. das Brunnenfilterrohr erfaßt nur einen Teil der Tiefe des gesamten Grundwasserkörpers. Im Grundwasserkörper bestehende gering durchlässige Zwischenschichten z. B. tonige und schluffige Horizonte, Lagen und Linsen können mit dem Brunnen vollständig durchteuft werden. Der Luftinjektionsbrunnen kann bis zu einer hydraulischen Durchlässigkeit des Aquifers von kf = 10^-6 m/s eingesetzt werden.The expansion of the air injection well can take place as a complete well over the entire aquifer thickness H, in which the well filter pipes are led up to an upcoming groundwater dam (e.g. clay layer) ( 15 ). In addition, the well development can also be "incomplete", ie the well filter tube only covers part of the depth of the entire groundwater body. In the groundwater body existing low-permeable intermediate layers z. B. clayey and silty horizons, layers and lenses can be completely penetrated with the well. The air injection well can be used up to a hydraulic permeability of the aquifer of kf = 10 ^-6 m / s.

Der Brunnen kann in zwei Varianten ausgeführt sein: Variante 1 mit innenliegendem Injektionsrohr (4) und Variante 2 mit außenliegendem Injektionsrohr (16). Die Injektionsrohre mit ca. Ø DN 10 bestehen aus verzinktem Stahl, VA, PVC oder einem anderen handelsüblichen Werkstoff und werden bis an den Brunnenfußpunkt geführt (5).The well can be designed in two variants: variant 1 with an internal injection tube ( 4 ) and variant 2 with an external injection tube ( 16 ). The injection pipes with approx.Ø DN 10 consist of galvanized steel, VA, PVC or another commercially available material and are led to the base of the well ( 5 ).

Der Brunnen wird durch Einblasen von Luft (1) mit einem Kompressor in die Injektionslanze (4), (16) betrieben. Das Einblasen von Luft bewirkt eine Aufhöhung des Grundwasserspiegels in der Umgebung des Brunnens (6). Die im Brunnenrohr aufsteigenden Luftblasen erzeugen ein Wasser- Luft-Gemisch mit der Spiegellage Δl_B über dem Grundwasserspiegel. Die eingeblasene Luftmenge ist relativ gering und ist abhängig von der gewünschten Aufhöhung der Wasser-Luft-Spiegellage. Die einzubringende Luftmenge bei einem durchschnittlich durchlässigen Porengrundwasserleiter mit kf = 10^-4 m/s beträgt ca. 1,5 m³/h. Infolge der Erhöhung der Wasser-Luft-Spiegellage im Brunnenrohr wird ein Druckunterschied im Brunnenrohr und im umgebenden Aquifer erzeugt, wodurch ein Zu- und Abfluß im Brunnenrohr bzw. eine Zirkulationsströmung (12) um den Brunnen in Gang gesetzt wird. Aufgrund der Kontinuitätsbedingung entspricht der Grundwasserzustrom (10) dem Grundwasserabstrom (11) des Brunnens.The well is operated by blowing air ( 1 ) with a compressor into the injection lance ( 4 ), ( 16 ). The blowing in of air causes the groundwater level in the vicinity of the well ( 6 ) to rise. The air bubbles rising in the well pipe create a water-air mixture with the level Δl _B above the water table. The amount of air blown in is relatively small and depends on the desired increase in the water-air level. The amount of air to be introduced with an average permeable pore aquifer with kf = 10 ^-4 m / s is approx. 1.5 m ³ / h. As a result of the increase in the water-air level in the well pipe, a pressure difference is generated in the well pipe and in the surrounding aquifer, as a result of which an inflow and outflow in the well pipe or a circulation flow ( 12 ) around the well is started. Due to the continuity condition, the groundwater inflow ( 10 ) corresponds to the groundwater outflow ( 11 ) of the well.

Description of the procedure

Der Betrieb eines Luftinjektionsbrunnens reichert den Grundwasserleiter mit Luftsauerstoff (13) und/oder Stickstoff an. Die Anreicherung des Grundwassers mit Sauerstoff und/oder Stickstoff wird durch Einblasen von Luft mittels einer Injektionslanze am Brunnenfußpunkt bewirkt. Das Einblasen von Luft wird aus Kostengründen angewendet. Anstelle von Luft können auch reiner Sauerstoff und/oder Stickstoff verwendet werden. Die Verteilung von Sauerstoff bzw. Stickstoff im Grundwasser erfolgt durch Grundwasserzirkulation (12). Durch die Anreicherung des Grundwassers mit Sauerstoff und/oder Stickstoff werden im Boden adaptierte Mikroorganismen aktiviert und zur Transformation von Bleialkylverbindungen (14) angeregt. Außerdem wird durch den in das Grundwasser eingebrachten Sauerstoff ein chemischer Abbau der Alkylbleiverbindungen bewirkt. Diese Prozesse führen zur Umwandlung von unpolaren an der Bodenmatrix sorbierten Tetraalkylbleiverbindungen in polare Tri- und Dialkylierte Bleiverbindungen sowie zum anschließenden Abbau der löslichen (polaren) Tri-, Di- und Monoalkylierten Bleiverbindungen zu anorganischen Bleiverbindungen (z. B. Bleikarbonat, Bleisulfid).The operation of an air injection well enriches the aquifer with atmospheric oxygen ( 13 ) and / or nitrogen. The groundwater is enriched with oxygen and / or nitrogen by blowing in air with an injection lance at the base of the well. Air blowing is used for cost reasons. Instead of air, pure oxygen and / or nitrogen can also be used. The distribution of oxygen or nitrogen in the groundwater takes place through groundwater circulation ( 12 ). By enriching the groundwater with oxygen and / or nitrogen, adapted microorganisms in the soil are activated and stimulated to transform lead alkyl compounds ( 14 ). In addition, the oxygen introduced into the groundwater chemically degrades the alkyl lead compounds. These processes lead to the conversion of non-polar tetraalkyl lead compounds sorbed on the soil matrix into polar tri- and dialkylated lead compounds as well as the subsequent decomposition of the soluble (polar) tri-, di- and mono-alkylated lead compounds to inorganic lead compounds (e.g. lead carbonate, lead sulfide).

Die Transformation bzw. die Umsetzung von Alkylbleiverbindungen erfolgt generell nach dem Schema
The transformation or conversion of alkyl lead compounds is generally carried out according to the scheme

R₄Pb → R₃Pb⁺ → R₂Pb²⁺ → [RPb³⁺] → Pb²⁺ R ₄ Pb → R ₃ Pb ⁺ → R ₂ Pb ²⁺ → [RPb ³⁺ ] → Pb ²⁺

Die Umsetzung der Alkylbleiverbindungen (14) zu anorganischen Bleiverbindungen, auf die das Verfahren angewandt wird, betrifft folgende Verbindungen:The conversion of the alkyl lead compounds ( 14 ) to inorganic lead compounds to which the method is applied relates to the following compounds:

Unpolare tetraalkylierte Bleiverbindungen (Tetramethylblei, Trimethylethylblei, Dimethyldiethylblei, Methyltriethylblei, Tetraethylblei), polare trialkylierte Bleiverbindungen (Trimethylblei, Dimethylethylblei, Methyldiethylblei, Triethylblei), polare dialkylierte Bleiverbindungen (Dimethylblei, Methylethylblei, Diethylblei) und polare monoalkylierte Bleiverbindungen (Methylblei, Ethylblei), sowie alle weiter möglichen und existierenden gemischten alkylierten Bleiverbindungen.Non-polar tetraalkylated lead compounds (tetramethyl lead, trimethyl ethyl lead, dimethyl diethyl lead, Methyltriethyl lead, tetraethyl lead), polar trialkylated lead compounds (trimethyl lead, Dimethyl ethyl lead, methyl diethyl lead, triethyl lead), polar dialkylated lead compounds (dimethyl lead, Methyl ethyl lead, diethyl lead) and polar monoalkylated lead compounds (methyl lead, ethyl lead), and all further possible and existing mixed alkylated lead compounds.

Vorteil des Verfahren ist, daß keine starke hydraulische Beeinflussung im Grundwasserkörper erzeugt wird, so daß keine Mobilisierung und Verdriftung der löslichen Alkylbleiverbindungen erfolgt. Die Transformation der Alkylbleiverbindungen findet im wesentlichen innerhalb der Reichweiten der Zirkulationskörper (12) statt sowie außerdem im mit Sauerstoff und/oder Stickstoff aufgesättigten abstromigen Grundwasserbereich.The advantage of the method is that no strong hydraulic influence is generated in the groundwater body, so that the soluble alkyl lead compounds are not mobilized and drifted. The transformation of the alkyl lead compounds takes place essentially within the range of the circulation bodies ( 12 ) and also in the downstream groundwater area saturated with oxygen and / or nitrogen.

Claims

1. Conversion of non-polar and polar alkyl lead compounds in groundwater to inorganic lead or inorganic lead compounds (e.g. lead carbonate, lead sulfide) by introducing air or pure oxygen or nitrogen with the help of an air injection well, characterized in that the groundwater is enriched by oxygen or nitrogen and thus a chemical and / or microbial transformation of the alkyl lead compounds is brought about. This activates pollutant-degrading microorganisms that are adapted to alkyl lead compounds.

2. Introduction of atmospheric oxygen or pure oxygen into the groundwater Air injection wells and chemical transformation (oxidation, hydrolytic decay) of Alkyl lead compounds in groundwater to inorganic lead.

3. Prevention of mobilization of alkyl lead compounds in the groundwater in the Groundwater outflow during the enrichment process with oxygen and during the Conversion processes by generating a groundwater circulation flow using the Air injection fountain.