DE3880148T2

DE3880148T2 - Verfahren zur in situ-biodegradierung von mit kohlenwasserstoffen verseuchtem boden.

Info

Publication number: DE3880148T2
Application number: DE88908900T
Authority: DE
Inventors: L Ely; A Heffner
Original assignee: Chevron Research and Technology Co
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 1988-08-22
Filing date: 1988-09-20
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2008-09-21
Also published as: EP0383789A1; WO1990002101A1; EP0383789A4; EP0383789B1; JPH03502066A; DE3880148D1; ATE87889T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum biologischen Abbauen in situ von Erdboden, der mit Kohlenwasserstoffen kontaminiert ist. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere ein Verfahren zum Einziehen von Sauerstoff in eine kontaminierte Zone, um einen mikrobiellen biologischen Abbau von Kohlenwasserstoffen zu stimulieren.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Kohlenwasserstoffe können sowohl den Erdboden als auch das Grundwasser kontaminieren als Ergebnis möglicher Spillage aus Lagertanks oder Rohrleitungen; von Unfällen mit Transportfahrzeugen; oder sogar durch absichtliche Handlungen, wie Ablagern. Typischerweise tritt etwas biologischer Abbau von Kohlenwasserstoffen in den ersten drei Fuß unter der Erdoberfläche auf. Jener Teil des Verschütteten, der sich unterhalb drei Fuß befindet, verbleibt jedoch größtenteils im Erdboden. Falls die Kohlenwasserstoffe nicht isoliert oder entfernt werden, kann sich das Verschüttete über den ursprünglichen Bereich hinaus ausbreiten.
Es sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, die sich mit Erdboden- und Grundwasserkontamination durch verschüllete Kohlenwasserstoffe beschäftigen. Einige Systeme erfordern ein physisches Einschließen oder Entfernen, während andere den verschütteten Kohlenwasserstoff an Ort und Stelle behandeln. Wenn die Kohlenwasserstoffe an Ort und Stelle behandelt werden, können sie unter spezifischen Bedingungen verdampft oder biologisch abgebaut werden.
Unterirdisches Abdampfen von verschütteten Kohlenwasserstoffen kann durch erzwungenes Belüften erzielt werden. Siehe US-Patente Nr. 4,593,760, ausgegeben am 10. Juni 1986 und 4,660,639, ausgegeben am 28 April 1987, beide für Visser et al; 4,183,407, ausgegeben am 15.Januar 1980 und 3,980,138, ausgegeben am 14. September 1976, beide für Knopic. Dieses Verfahren ist jedoch durch den Dampfdruck der verschütteten Kohlenwasserstoffe und die Menge, die verdampft werden kann, begrenzt. Da es eine Grenze für die Menge des Kohlenwasserstoffs gibt, der durch Belüften verdampft werden kann, gibt es keinen Anreiz, über jene Fließgeschwindigkeit hinauszugehen, die die maximale Verdampfung liefert.
Ein biologischer Abbau ist auch für unterirdische Kohlenwasserstoffe geoffenbart worden. Das US- Patent Nr. 4,401,569, ausgegeben am 30. August 1983 für Jhaveri et al., offenbart ein Verfären und einen Apparat zum Behandeln von mit Kohlenwasserstoffen kontaminiertem Erdreich und Grundwasser. Die Patentinhaber offenbaren ein Zugeben von Nährstoffen und Gasen zu Wasser, welches durch den kontaminierten Erdboden geleitet wird. Ein Verfahren dieser Art kann nachteilig sein, da das Bewäserungswasser etwas Kohlenwasserstoffe und andere Kontaminantien (toxische Metallsalze, etc.) in den Grundwasserspiegel wäscht; da Wasser eine begrenzte Menge an Sauerstoff (8 ppm) in den Erdboden einbringt was die Menge und die Geschwindigkeit des Abbaus, der stattfinden kann, limitiert; da das Bewässern den biologischen Abbau durch physisches Kanalisieren von Sauerstoff-tragenden Fluiden von dem mit Kohlenwasserstoffen kontaminierten (öligen) Schmutz begrenzen kann; und da Wasser und Öl nicht mischbar sind, so daß ein biologischer Abbau auf die Wasser/Öl-Oberflächen begrenzt ist.
Dementsprechend besteht ein Bedarf für ein Verfahren, welches mit Kohlenwasserstoffen kontaminierten Erdboden auf eine wirksame und umweltverträgliche Weise schnell dekontaminiert. Der Bedarf wurde nun durch die Erfindung befriedigt, welche nachstehend beschrieben und in den Ansprüchen definiert ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum biologischen Abbau von Kohlenwasserstoffen durch Einziehen von Sauerstoff in eine mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfaßt ein Einbringen eines Bohrloches in eine mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone, die Kohlenwasserstoff abbauende Mikroben aufweist; strömungsmäßiges Anschließen einer Unterdruckquelle an das Bohrloch; Evakuieren von Gas aus dem Bohrloch, um Sauerstoff durch die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone zu ziehen; Überwachen des evakuierten Gases; und Einstellen der Fließgeschwindigkeit des Sauerstoffs in die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone auf oberhalb der Fließgeschwindigkeit für maximale Kohlenwasserstoffverdampfung, wodurch eine wesentliche Menge an Kohlenwasserstoffen biologisch abgebaut wird.
Neben anderen Faktoren basiert die vorliegende Erfindung auf unserer Entdeckung, daß ein unerwartet wirksames Verfahren zum biologischen Abbauen in situ von unterirdischen Kohlenwasserstoffen zur Verfügung gestellt wird, indem atmosphärischer Sauerstoff in eine kontaminierte Zone mit hohen Fließgeschwindigkeiten eingezogen wird. Überraschenderweise bleibt die Kohlendioxidkonzentration im evakuierten Gas (als ein Maß für den biologischen Abbau) sogar bei den hohen Fließgeschwindigkeiten hoch. Zur gleichen Zeit ist das Verfahren überraschenderweise vorteilhalt, weil es auch verflüchtigten Kohlenwasserstoffdampf ohne der Gefahr einer Detonation evakuiert. Das Verfahren ist ferner gegenüber vielen früheren Verfahren vorteilhaft, weil es Kohlenwasserstoffe schnell in situ biologisch abbaut, ohne daß es durch ihre Dampfdrücke begrenzt ist; zusätzliche Kosten für Nährstoffe, Bewässerung, etc. verursacht; durch Gleichgewichtsgrenzen, die durch Auflösen von O&sub2; und CO&sub2; in das Bewässerungswasser gegeben sind, begrenzt ist; oder ohne daß Kohlenwasserstoffe und andere Kontaminantien in den Grundwasserspiegel oder über den Verschüttungsbereich hinaus dispergiert werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung eine Fließgeschwindigkeit oberhalb der Fließgeschwindigkeit der maximalen Kohlenwasserstoffverdampfung anwendet, wird diese Fließgeschwindigkeit der maximalen Kohlenwasserstoffverdampfung in erster Linie durch die Art des Kohlenwasserstoffs bestimmt, der gerade verdampft wird, sowie von der Art des Erdbodens, der in die Kontamination involviert ist, und daher wird die Fließgeschwindigkeit der maximalen Kohlenwasserstoftverdampfung von Ort zu Ort variieren. Die Rolle der Erdbodenart in der Fließgeschwindigkeit der maximalen Kohlenwasserstoffverdampfung ergibt sich aus dem Oberflächenbereich des Kohlenwasserstoffs in den Poren des Erdbodens, welche dem Sauerstoff enthaltenden Gas, das zum Bohrloch fließt, ausgesetzt werden kann. In Erdboden wie Tonen und natürlich abhängig von dem zu verdampfenden Kohlenwasserstoff kann die Fließgeschwindigkeit der maximalen Kohlenwasserstoffverdampfung weniger als 0,14 m³/min (5 Standard Kubikfüß pro Minute (SCFM)) pro Bohrloch sein. Angesichts des obigen bedeutet der Ausdruck "Fließgeschwindigkeit für maximale Kohlenwasserstoffverdampfung" oder "Fließgeschwindigkeit der maximalen Kohlenwasserstoffverdampfung", wie er hier verwendet wird, jene Fließgeschwindigkeit, bei der im wesentlichen keine zusätzlichen Mengen an Kohlenwasserstoff für diesen bestimmten Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgemisch und diese bestimmte Erdbodenart durch Verdampfung entfernt werden kann.
Wie in Fig. 4 graphisch dargestellt, welche nachstehend diskutiert wird, nähert sich die Gesamtmenge an Kohlenwasserstoff, der durch Erhöhen des Gasflusses zum Boden des Bohrloches verdampft wird, asymptotisch seinem theoretischen Maximum, und an einem bestimmten Punkt können praktisch im wesentlichen keine zusätzlichen Mengen an Kohlenwasserstoff durch Erhöhen des Gasflusses entfernt werden. Für die Zwecke dieser Anmeldung bedeutet dementsprechend der Ausdruck "wesentliche zusätzliche Mengen an Kohlenwasserstoff", daß weniger als zehn Prozent (10%) und vorzugsweise weniger als fünf Prozent (5%) von zusätzlichen Kohlenwasserstoffen durch Erhöhen des Gasflusses verdampft werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die vorliegende Erfindung ein Einbringen eines Bohrloches von der Erdoberfläche durch eine mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone, die Kohlenwasserstoff abbauende Mikroben enthält, welches Bohrloch im Grundwasser endet; Einbringen einer für Fluide undurchlässigen Einfassung, die koaxial angeordnet ist und mit der innenseitigen Oberfläche des Bohrloches, das sich von der Erdoberfläche zu der mit Kohlenwasserstoff kontaminierten Zone erstreckt, abdichtend angeschlossen ist; Einbringen einer für Fluide durchlässigen Einfassung, die koaxial an der Innenseite des Bohrloches angeordnet und fest an das Ende der für Fluide undurchlässigen Einfassung angeschlossen ist und sich von diesem erstreckt; strömungsmäßiges Anschließen einer Unterdruckquelle an die für Fluide undurchlässige Einfassung; Evakuieren von Gas aus dem für fluide durchlässigen Abschnitt des Bohrloches, um Sauerstoff in die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone einzuziehen; Überwachen des Sauerstoff-, Gesamtkohlenwasserstoff- und Kohlendioxidgehaltes des evakuierten Gases; und Einstellen der Fließgeschwindigkeit des Sauerstoffs in die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone derart, daß bis zu 50% des maximalen biologischen Kohlenwasserstoffabbaus erzielt wird und eine Sauerstoff- und Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration außerhalb des explosiven Bereichs gehalten wird.
In mit Kohlenwasserstoff kontaminierten Zonen, wo ein hoher Grundwasserspiegel vorhanden ist und/oder die Art des Erdbodens weniger porös ist, kann der Unterdruck, der notwendig ist, die erforderliche Fließgeschwindigkeit zu erzeugen, das Grundwasser und andere Fluide, wie Kohlenwasserstoffe, die möglicherweise darin oder damit enthalten sind (zusammenfassend "Grundfluid") dazu bringen, daß sie örtlich in die Richtung des Bohrloches hinaufgezogen werden, wobei sie einen Invertkonus des Grundfluids ergeben. Im extremen Fall kann der Invertkonus des Grundfluids die für Fluide undurchlässigen Einfassung zur Erdoberfläche hochgezogen werden. Invertkonusse des Grundfluids sollten vermieden werden, da zusätzlich zum Beschränken der Fließgeschwindigkeit der Gase durch die mit Kohlenwasserstoff kontaminierten Zonen diese Invertkonusse tatsächlich die Kohlenwasserstoffkontamination zu Zonen ausbreiten könnten, die vorher nicht kontaminiert waren. Dementsprechend enthält das Verfahren der vorliegenden Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform den zusätzlichen Schritt des Einbringens von Mitteln zur Beseitigung von Grundfluid von oder nahe von dem Boden des Bohrloches. Geeignete Mittel um Grundfluid zu entfernen, sind zum Beispiel das Anwenden von Pumpen entweder an der Erdoberfläche oder im Bohrloch, das Anwenden von Vakuum entweder durch die für Fluide undurchlässige Einfassung, worin die Gase fließen, oder über eine eigene Rohrleitung, Anwenden einer ausreichend hohen Fließgeschwindigkeit des Gases, um Grundfluide zu entfernen, die in Aerosolen mitgeführt werden, und in einigen Fällen Anwenden eines Syphons. Vorzugsweise wird das Grundfluid entfernt, indem eine Pumpe an oder nahe des Bodens des Bohrloches und im Inneren der für Fluide durchlässigen Einfassung gestellt wird, welche Pumpe strömungsmäßig an eine Rohrleitung angeschlossen ist, welche von der Pumpe zur Erdoberfläche führt, damit das Grundfluid entfernt wird. Die Rohrleitung ist vorzugsweise innerhalb der für Fluide durchlässigen und undurchlässigen Einfassung angeordnet und besitzt einen außenseitigen Durchmesser von weniger all dem innenseitigen Durchmesser der für Fluide durchlässigen und undurchlässigen Einfassung. Vorzugsweise ist der außenseitige Durchmesser der Rohrleitung ausreichend klein, damit übermäßige Beschränkungen auf das Gasfließen durch die für Fluide durchlässigen und undurchlässigen Einfassungen vermieden werden. Die Rohrleitung ist aus einem Material, welches ausreichend in der Lage ist, Grundfluid unter den Betriebsbedingungen des Verfahrens dieser Erfindung ohne übermäßige Abnützung zu transportieren. Geeignete Materialien sind z.B. Konstruktionskunstoffe [wie Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen, etc.], biegsame Gummirohrleitungen und Metallrohrleitungen. Das Hauptkriterium besteht darin, daß das Material gegen den Druckunterschied zwischen dem Druck der Fluide innerhalb der Rohrleitung und dem Druck innerhalb der für Fluide durchlässigen und undurchlässigen Einfässungen außerhalb der Rohrleitung stabil ist.
Das so entfernte Grundfluid kann mit Kohlenwasserstoffen kontaminiert sein oder nicht Falls das Grundfluid mit Kohlenwasserstoffen kontaminiert ist, wird es vorzugsweise zum nachfolgenden Reinigen in geeignete Haltemittel gegeben. Die Menge au entferntem Grundfluid sollte ausreichend sein, um das Grundfluid über die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone nivelliert zu halten. In einigen Fällen kann es vorzuziehen sein, ausreichend Grundfluid zu entfernen, um eine Senkung des Grundfluids zu erzeugen. Ein derartiger Entnahmetrichter würde zulassen, daß Kohlenwasserstoffe, die auf dem Grundwasser schwimmen, in den Entnahmetrichter fließen, was die Wirkung hat, daß die Konzentration der flüssigen Kohlenwasserstoffe lokalisiert wird, und welche dam als Teil des Grundfluids entfernt werden können (das Erzeugen von Entnahmetrichtern in Grundfluiden ist Umwelthydrologen und Grundwasserhydrologen gut bekannt). Da außerdem der Entnahmetrichter nahe des Bohrloches und daher nahe des Eintrittspunktes des Sauerstoff enthaltenden Gases sein würde, sollten Kohlenwasserstoffe, die in einem solchen Entnahmetrichter enthalten sind, entweder durch Verdampfen oder durch biologischen Abbau schneller als ohne einen solchen Entnahmetrichter entfernt werden. Am meisten bevorzugt ist die entfernte Grundwassermenge jene Menge, welche einen optimalen Gasfluß durch das Bohrloch zuläßt.
Die Pumpe, welche das Grundfluid entfernt, kann jede Pumpe sein, die in der Lage ist, Grundfluid mit einer erwünschten Geschwindigkeit zu entfernen. Vorzugsweise ist die Pumpe eine untertauchbare Injektorpumpe, welche in die für Fluide undurchlässige und durchlässige Einfassung abgesenkt werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Apparates, der in der vorliegenden Erfindung brauchbar ist.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm einer Bohrlochkonfiguration, die in der vorliegenden Erfindung brauchbar ist.
Fig. 3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen Fließgeschwindigkeit und CO&sub2;% in der evakuierten Luft filr den Standort 1 zeigt.
Fig. 4 ist ein Graph, der die Gesamtausbringung des Kohlenwasserstoffs für den Standort 1 zeigt.
Fig. 5 ist ein Graph, der den biologischen Abbau und die Verdampfung für die Standorte 1, 2 und 3 vergleicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist zum biologischen Abbau von mit Kohlenwasserstoff kontaminiertem Erdboden in situ brauchbar. Der Ausdruck Kohlenwasserstoff enthält organische Moleküle, die üblicherweise im Öl gefunden werden, wie Aromaten, Alkohole, Olefine, verschiedene komplexe heterocyclische Moleküle und verschiedene Derivate dieser Moleküle, wie Alkohole, Ester, Ketone, Carbonate, Säuren, einige halogenierte Verbindungen, komplexe heterogene Kohlenwasserstoffmoleküle, sowie die spezifischeren zersetzbaren Verbindungen, die von Amdurer et al. in Systems to Accelerate In Situ Stäbilization of Waste Deposits (Report No. EPA/540/2-861002) aufgelistet sind, welches Dokument hiermit durch den Bezug in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Der Ausdruck Kohlenwasserstoff enthält jedoch nur solche Verbindungen, welche biologisch abbaubar sind und welche ihren Punkt maximaler Verdampfung vor ihrem Punkt maximalen biologischen Abbaus erreichen. Diese Kohlenwasserstoffe besitzen typischerweise Dampfdrucke von weniger als 0,014 MPa (2 psi) bei 25ºC. Nun wird auf Fig. 1 Bezug genommen, um ein Beispiel des vorliegenden Verfahrens vorzustellen.
Eine mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone 10 kann innerhalb einer Sickerzone 2 enthalten sein. Die Sickerzone 2 wird von der Erdoberfläche 1 und vom Grundwasserspiegel 4 begrenzt. Es gibt auch eine Kapillarzone 6 unmittelbar über dem Grundwasserspiegel 4, wo Öl auf Bodenkapillaren über dem Wasser getragen werden kann. Es wird angenommen, daß Kohlenwasserstoffe biologisch abgebaut werden, wenn sie sich in der mit Kohlenwasserstoff kontaminierten Zone 10, der Kapillarzone 6 befinden, oder wenn sie in eine der beiden Zonen durch Heben oder Senken des Grundwassers gewaschen werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein Bohrloch 8 in der mit Kohlenwasserstoff kontaminierten Zone 10 errichtet. Das Bohrloch 8 erstreckt sich im wesentlichen von der Erdoberfläche 1 und stellt einen Dampfzutritt zur kontaminierten Zone 10 her. Das Bohrloch 8 kann sich in die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone 10, die Kapillarzone 6, oder vorzugsweise weiter hinunter unterhalb des Grundwasserspiegels 4 erstrecken.
Das Bohrloch 8 enthält vorzugsweise eine für Fluide undurchlässige Einfassung 18 und eine für Fluide durchlässige Einfassung 20. Die für Fluide undurchlässige Einfassung 18 ist vorzugsweise innerhalb des Bohrloches 8 positioniert, typischerweise angrenzend an die Erdoberfläche 1. Die für Fluide durchlässige Einfassung 20 ist ebenso vorzugsweise innerhalb des Bohrloches 8 positioniert, aber in einer Position, die einen Sauerstoffluß durch die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone 10 sicherstellt. Eine Gasabströmungsleitung 12 ist strömungsmaßig am Bohrloch 8 an der Erdoberfläche 1 angeschlossen (was einen eingetauchten Auschluß enthält, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt) und dann an eine Vakuumquelle 14 und an Gasverarbeitungsmittel 16. Die Vakuumquelle 14 erzeugt einen Unterdruck, um Sauerstoff in die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone 10 entlang der Flußlinien zu ziehen, die durch Pfeile in Fig. 1 gezeigt sind. Ausgehend von der Vakuumquelle 14 wird das Gas in dieser Reihenfolge evakuiert, durch: die Dampfführungsleitung 12; die für Fluide undurchlässige Einfassung 18; die für Fluide durchlässige Einfassung 20, die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone 10, die Sickerzone 2 und die Erdoberfläche 1. Die Gasabströmungsleitung 12 kann strömungsmäßig an ein einzelnes Bohrloch 8 oder an mehrfache Bohrlöcher (nicht gezeigt) angeschlossen sein.
Das evakuierte Gas wird vorzugsweise auf die Fließgeschwindigkeit, die Sauerstoffkonzentration, die Konzentration an Gesamtkohlenwasserstoff und auf die Konzentration an Kohlendioxid überwacht. Überwachungsausrüstung ist für diese Zwecke im Stand der Technik bekannt. Ein Beispiel eines Überwachungssystems ist jedoch in Fig. 2 gezeigt. Die Fließgeschwindigkeiten können gemessen werden, indem eine Vorrichtung, wie ein Anemometer, in eine Fließmeßöffnung 30 eingefügt wird. Die Konzentration au Gesamtkohlenwasserstoff kann durch ein System gemessen werden, welches ein Multimeter mit einem Widerstandssensor enthält, welche beide an eine Bohrlochabdeckung 34 angebracht sein können. Ein Analysator für gesamte organische Materialien (z.B. Model 401, hergestellt von Byron Instruments) kann ebenso verwendet werden, um die Kohlenwasserstoff- und CO&sub2; - Konzentration zu bestimmen. Die Sauerstoff- und Kohlendioxid-Konzentration kann gemessen werden, indem aus dem evakuierten Gas durch die Probeöffnung 36 Proben genommen und die Probe einem Sauerstoffanalysator zugeführt wird, wie dem Model 320p-4, hergestellt von Teledyne Anaytical Instruments.
Im Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Fließgeschwindigkeit des evakuierten Gases so eingestellt, daß das Ziel eines schnellen und eines großen Betrages biologischen Abbaues erreicht wird. Zusätzlich ist es ein Ziel sicherzustellen, daß das Gemisch von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffdampf im evakuierten Gas außerhalb des Explosionsbereiches ist. Wir haben entdeckt, daß das erste Ziel bei überraschend hohen Fließgeschwindigkeiten erreicht wird und daß das zweite Ziel durch Einstellen der Konzentrationen von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffdämpfen bei diesen hohen Fließgeschwindigkeiten erreicht wird. Die Fließgeschwindigkeiten (pro Bohrloch) im Verfahren der vorliegenden Erfindung liegen vorzugsweise über der Fiießgeschwindigkeit für maximale Verdampfung des Kohlenwasserstoffs, der biologisch abgebaut werden soll; vorzugsweise liegen in bestimmten porösen Erdböden die Fließgeschwindigkeiten pro Bohrloch zwischen 0,85 und 7,1 m³/min (30 und 250 SCFM) und in nicht porösen Erdböden, wie Tonen, können die Fließgeschwindigkeiten pro Bohrloch 0,14 m³/min (5 SCFM) und vorzugsweise größer als 0,14 m³/min (5 SCFM) und mehr bevorzugt zwischen 0,14 und 2,1 m³/min (5 und 75 SCFM) sein; am meisten bevorzugt werden die Fließgeschwindigkeiten eingestellt, um bis zu 50% des maximalen biologischen Abbaus von Kohlenwasserstoff zu erzielen.
Der Ausdruck "nicht poröse Erdboden", wie er hier verwendet wird, bedeutet Erdböden, welche eine Permeabilität fur Wasser unter 10&supmin;&sup5; cm/sec besitzen und z.B. Erdbodentypen sind, wie Tone, Schluffe, gebrochene Gesteine, etc.; wogegen "poröse Erdböden" Erdböden bedeutet, welche eine Permeabilität für Wasser von größer als 10&supmin;&sup5; cm/sec besitzen und z.B. Erdbodentypen sind, wie Sande, sandiger Lehm, Schotter etc.
Kohlenwasserstoffe können mit einigen Mechanismen bei diesen hohen Fließgeschwindigkeiten beseitigt werden. Diese sind: Verdampfung; biologischer Abbau; und die Bildung eines Kohlenwasserstoffaerosols. Einige Kohlenwasserstoffe werden durch Verdampfung beseitigt, wenn Gas aus dem Bohrloch 8 gezogen wird und Sauerstoff durch die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone 10 gezogen wird. Bei biologisch abbaubaren Kohlenwasserstoffen nimmt diese Verdampfung typischerweise zu, wenn sich die Fließgeschwindigkeit erhöht, wird sich aber asymptotisch ihrem theoretischen Maximum annähern, und bei einem gewissen Punkt können praktisch keine wesentlichen zusätzlichen Mengen an Kohlenwasserstoff durch Erhöhen des Luftflusses beseitigt werden. In Verdampfungssystemen für Kohlenwasserstoff ist es unnotwendig und unwirksam, die Fließgeschwindigkeit über diesen Punkt hinaus zu erhöhen, weil keine wesentlichen, zusätzlichen Mengen an Kohlenwasserstoff verdampft werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, über diesen Wert hinauszugehen, um hohe biologische Abbaugeschwindigkeiten für Kohlenwasserstoff zu erreichen. Überraschenderweise tritt ein biologischer Abbau an den hohen Fließgeschwindigkeiten jenseits des Punktes der maximalen Verdampfung auf. Es leuchtet ein, daß diese hohen biologischen Abbaugeschwindigkeiten zunehmen, wenn die Fließgeschwindigkeit zunimmt, hören aber bei irgendeiner Fließgeschwindigkeit auf zuzunehmen, abhängig vom Kohlenwasserstoff und den Erdbodenbedingungen (das sind Tiefe, Permeabilität, etc.). Die Kohlenwasserstoffe können auch mit dem dritten Mechanismus beseitigt werden; die Schaffung eines Kohlenwasserstoffaerosols. Diese Aerosole können sich auf Grund sehr hoher Fließgeschwindigkeiten oder eines großen Druckabfälls über die für Fluide durchlässige Einfässung 20 bilden. Abhängig vom Kohlenwasserstoff und den Eigenarten der mit Kohlenwasserstoff kontaminierten Zone 10 kann es wünschenswert sein, die Fließgeschwindigkeiten zu erhöhen, um Kohlenwasserstoffe durch dieses zusätzliche Verfahren zu beseitigen.
Es ist vorzuziehen, den maximalen biologischen Abbau von Kohlenwasserstoff zu erzielen, der möglich ist. Für Meßzwecke wird angenommen, daß der biologische Abbau des Kohlenwasserstoffs gleich der CO&sub2;-Beseitigung ist, weil die Kohlenwasserstoffe zu CO&sub2; umgewandelt werden (sogar obwohl einige Kohlenwasserstoffe anfanglich in die Biomasse aufgenommen werden). Um die maximale biologische Abbaugeschwindigkeit für Kohlenwasserstoff zu berechnen, wird das evakuierte Gas auf die CO&sub2;- Konzentration überwacht. Dann wird das pro Zeiteinheit entfemte CO&sub2; aus der Fließgeschwindigkeit und der CO&sub2;-Konzentration berechnet. Die Fließgeschwindigkeit wird erhöht, bis das gesamte, entfernte CO&sub2; nicht länger zunimmt. Bei den Fließgeschwindigkeiten der vorliegenden Erfindung ist die CO&sub2;-Konzentration im evakuierten Gas vorzugsweise zwischen 1 und 14%, mehr bevorzugt zwischen 6 und 14%.
Die Sauerstoff- und Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration werden ebenso überwacht und so eingestellt, daß sie außerhalb des exklusiven Bereiches liegen. Vorzugsweise wird die O&sub2;-Konzentration auf unter 10% begrenzt, um die Möglichkeit einer Explosion zu verringern, wenn der Gesamtkohlenwasserstoff- Dampf über 1% liegt. Diese Sauerstoffgrenze kann jedoch überschritten werden, wenn es bevorzugt ist, die Fließgeschwindigkeit zu erhöhen. Wenn die Sauerstoffkonzentration gleich oder größer als 10% ist, wird vorzugsweise Verdünnungsgas in das evakuierte Gas eingebracht, um die Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration unter die untere Explosionsgrenze zu verringern.
Die vorliegende Erfindung kann bei praktisch allen Arten von biologisch abbaubaren Kohlenwasserstoffen innerhalb des Siedebereichs von 32 bis 816ºC (90 bis 1500ºF) bei atmosphärischem Druck angewendet werden. Dies sind z.B.: Schweröle, wie Asphalt, Gasöle oder Treibstofföle; und Leichtöle, wie Benzin, Düsentreibstoff Diesel, Turbinentreibstoffe oder leichte Gasöle, sowie die Verbindungen, die in Amdurer et al. aufgelistet sind. Das Verfahren ist von niedrigen Kohlenwasserstoff-Dampfdrücken nicht begrenzt. Auch einige biologisch abbaubare anorganische Stoffe können auch biologisch abgebaut werden, wie Sulfide, Phosphor- und Stickstoffverbindungen.
Zusätzlich kann das Verfahren auf einer Reihe von Erdböden betrieben werden Beispiele sind: Sande; Koralle; zerklüftetes, vulkanisches Gestein, kohlehaltige Ablagerungen (d.h. Kalkstein); Schotter; Schluffe; Tone; und Gemische davon. Dichter gepackte Erdböden können den Sauerstofftransport sowie die Fließgeschwindigkeit verringern und können einen engeren Bohrlochabstand erfordern, wenn mehrfache Bohrlöcher verwendet werden. Das vorliegende Verfahren wird jedoch in solchen dichter gepackten Erdböden weiter wirksam sein, weil die Mikroben entweder durch Konvektion oder durch Diffusion mit Sauerstoff in Kontakt kommen, wobei der biologische Abbau des Kohlenwasserstoffs stimmiert wird, und weil ferner die tieferen Gasfließgeschwindigkeiten noch über der maximalen Fließgeschwindigkeit für Kohlenwasserstoffverdampfung für diese Böden liegen.
Die Mikroben, welche Kohlenwasserstoffe biologisch abbauen, sind typischerweise Bakterien. Viele Bakterienarten, die an diese Aufgabe angepaßt sind, sind jenen bekannt, die in der Mikrobiologie bewandert sind. Repräsentative Bakterien sind z.B. gram-negative Stämme, wie: Pseudomonas; Flavobacterium; Alcaligenes und Achromobacter; oder gram-positive Stämme und Coccien, wie Brevibacterium; Corynebacterium; Arthrobacter; Bacillus und Micrococcus; und andere, wie Mycobacterium; Nocardia und Streptomyces. Diese Bakterien sind vorzugsweise an Ort und Stelle entstanden, obwohl sie der mit Kohlenwasserstoff kontaminierten Zone 10 zugegeben werden können. Andere Kohlenwasserstoff biologisch abbauende Mikroben sind Pilze, Algen, Actinomyceten, etc. (siehe auch Appendix A von Amdurer et al.).
Das Bohrloch 8 ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Bohrloches zwischen 20,3 und 102 cm (8 und 40 inch), mehr bevorzugt zwischen 30,5 und 82 cm (12 und 32 inch). Vorzugsweise erstreckt sich das Bohrloch 8 in die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone 10. In einigen Fällen ist es vorzuziehen, das Bohrloch 8 in die Kapillarzone 6 unmittelbar über dem Grundwasserspiegel 4 auszudehnen, oder sogar unterhalb des Grundwasserspiegels 4. Eine niedrigere Tiefe stellt vorzugsweise sieher, daß Luft entlang der Kapillarzone gezogen wird, ohne Rücksicht auf Fluktuationen im Grundwasserspiegel.
Da Bohrloch 3 kann zu absoluten Tiefen über 46 m (150 Fuß) gebohrt werden. Für ein tieferes Bohrloch wird typischerweise eine höhere Fließgeschwindigkeit für mehr biologischen Abbau gefordert. Das Bohrloch 8 kann vertial, diagonal oder lateral orientiert sein und kann mit jedem im Stand der Technik bekannten Bohrverfahren in die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone 10 gebohrt werden, welches zum Eindringen in den jeweiligen kontaminierten Erdboden geeignet ist. Wenn es bevorzugt ist, eine kontaminierte Zone lateral zu belüften, kann ein Graben ausgehoben, eine für Fluide durchlässige Einfassung in den Graben eingefügt und dann der Erdboden über die Einfassung zurück eingefüllt werden. Man sollte jedoch vorsichtig sein, nicht ein Verfahren zu verwenden, welches die Permeabilität des Erdbodens um die für Fluide durchlässige Einfässung 20 des Bohrloches 8 verringert, das ist durch Verdichten oder durch Verwenden von zu viel Bohrschlamm oder Fluiden.
Typischerweise ist die für Fluide undurchlässige Einfassung 18 koaxial innerhalb des Bohrloches 8 angeordnet. Die Einfassung 18 besitzt einen Innendurchmesser zwischen 5,1 und 41 cm (2 und 16 inch), mehr bevorzugt zwischen 5,1 und 30,5 cm (2 und 12 inch). Diese Einfassung 18 kann eine Bohrlochummantelung oder eine Rohrleitung sein, welche im Durchmesser kleiner als das Bohrloch 8 ist. Vorzugsweise wird ein Abschnitt der für Fluide undurchlässigen Einfassung 18 an der Erdoberfläche 1 (oder einer geringeren Tiefe unter der Oberfläche) abgedichtet und an die Vakuumquelle 14 angeschlossen Eine für Fluide durchlässige Einfässung 20 wird koaxial am Ende der für Fluide undurchlässigen Einfassung 18 positioniert. Diese Einfassung 20 kann eine Bohrlochummantelung mit Löchern, Siebe oder andere Mittel sein, die einem Gas, einem Aerosol oder einer Flüssigkeit gestatten, durchzufließen. Beide Einfassungen 18 und 20 haben im wesentlichen den gleichen Durchmesser. Es ist beäbsichtigt, daß beide Einfassungen den vom Vakuum induzierten Luftfluß durch die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone 10 richten. Um dieses Ziel zu erreichen, wird die Luftinfiltration zwischen der Einfassung 18 und dem Bohrloch 8 vorzugsweise minimisiert. Um zu verhindern, daß Luft von der Erdoberfläche und entlang der Einfassung 18 heruntergezogen wird, wird ein Material mit geringer Durchlässigkeit vorzugsweise zwischen der Einfasssung 18 und dem Bohrloch 8 eingefügt. Dieses Material ist vorzugsweise kompaktierter Erdboden, Ton, Vergußmörtel oder Zement.
Zusätzlich kann der Druckabfall zwischen der für Fluide durchlässigen Einfassung 20 und dem Bohrloch 8 eingestellt werden. Ein hoher Druckabfall ist vorzuziehen, weil hohe Fließgeschwindigkeiten dieser Erfindung Aerosole von Kohlenwasserstoffen oder kontaminiertem Wasser bilden können. Das Aerosol wird aus dem Bohrloch mit dem evakuierten Gas ausgetragen, wodurch die Verunreinigung vermehrt entfernt wird. In diesem Beispiel ist es nicht notwendig, ein Füllmaterial für die Einfassung 20 vorzusehen. Falls jedoch ein kleiner Druckäbfall bevorzugt ist, kann der Raum, der vom Bohrloch 8 und dem äußeren Durchmesser der filr Fluide durchlässigen Einfassung 20 begrenzt wird, mit losem, für Fluide durchlässigem Material, wie Schotter, Sand oder zerkleinertem Gestein, gepackt werden. Dieses Material verhindert, daß feine Partikel, wie Schluffe, die für fluide durchlässige Einfassung 20 verstopfen.
Die besonderen Charakteristiken des kontaminierten Bereichs können nahelegen, daß ein oder mehrere Bohrlöcher errichtet werden, um das vorliegende Verfahren anszuführen. Einige relevante Faktoren für diese Entscheidung sind: die Menge an verschüttetem Kohlenwasserstoff; die Tiefe der mit Kohlenwasserstoff kontaminierten Zone 10; der Typus des Erdbodens; der Grundwasserspiegel 4 etc. Falls mehrfache Bohrlöcher notwendig sind, werden sie vorzugsweise zwischen 1,5-91m [5 und 300 Fuß] beabstandet. Diese Bohrlöcher sind sämtlich Vakuumbohrlöcher, obwohl Lutteinlaßbohrlöcher für tiefere mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zonen 10 verwendet werden können.
Die Vakuumquelle 14 evakuiert Gas durch die für Fluide durchlässige Einfassung 20 und leitet dieses evakuierte Gas zu den Verarbeitungsmitteln 16 weiter. Die Väkuumquelle 14 kann irgendein Mittel sein, das in der Lage ist, einen Unterdruck innerhalb des Bohrloches zu errichten, um einen Sauerstoffluß durch die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone 10 zu verursachen. Die Vakuumquelle 14 ist vorzugsweise eine Pumpe oder ein Aspirator (siehe Knopic, US-Patent Nr. 3,980,163). Bevorzugte Pumpen sind Rotations- und Flüssigkeitsringpumpen. Beispielhafte Flüssigkeitsringpumpen werden von Sullair and Nash hergestellt und besitzen eine Kapazität, um zwischen 2 und 71 m³/min (70 und 2500 SCFM) und vorzugsweise zwischen 3,1 und 71 m³/min (110 und 2500 SCFM) zu ziehen. Diese Pumpen besitzen vorzugsweise eine Kapazität, um entweder mindestens 0,85 m³/min (30 SCFM) durch porösen Erdboden aus mindestens einem Bohrloch, vorzugsweise mehrfachen Bohrlöchern, zu ziehen, oder mindestens 0,14 m³/min (5 SCFM) durch nicht poröse Erdböden aus mindestens einem Bohrloch, vorzugsweise mehrfachen Bohrlöchern, zu ziehen. Vorzugsweise besitzen sie Mittel zur Flammunterdrückung, um Explosionen zu verhindern. Die Verarbeitungsmittel 16 können ein Mittel zum Entlüften des evakuierten Gases an die Atmosphäre, ein Mittel zum Filtern des Gases, ein Mittel zum Komprimieren des evakuierten Gases, oder ein Mittel zum Verbrennen des eväkuierten Gases umfassen. Das evakuierte Gas enthält: Sauerstoff; Kohlendioxid als biologisches Abbauprodukt, Wasserdampf und Kohlenwasserstoffdampf auf Grund der Verdampfung. Diese Komponenten des evakuierten Gases können für eine Reihe von Zwecken außerhalb der vorliegenden Erfindung brauchbar sein. Große Mengen an CO&sub2;, die durch dieses Verfahren erzeugt werden, können gewonnen und in einer tertiären Ölgewinnung oder als ein Kühlmittel verwendet werden. Der Kohlenwasserstoffdampf kann gewonnen und weiter raffiniert oder verkauft werden.
Eine Reihe anderer Faktoren tragen zur Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung bei. Zum Beispiel sind die Temperatur des Erdbodens, die Feuchtigkeit des Erdbodens, die Nährstoffe und der pH alles Variablen, die das Wachstum der mikrobiellen Population beeinflussen. Die Temperatur des Erdbodens ist schwierig zu regulieren, aber Temperaturen über 10ºC (50ºF) sind vorzuziehen, um das mikrobiologische Wachstum zu fördern. Zusätzlich ist Feuchtigkeit bevorzugt, um das Wachstum zu begüstigen. In die Luft, die durch die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone 10 durch Bewässerung oder durch Dampfinjektion fließt, kann zum Beispiel Wasser eingebracht werden. Zusätzlich sind organische und anorganische Nährstoffe für das mikrobielle Wachstum absolut notwendig und können der mit Kohlenwasserstoff kontaminierten Zone 10 durch Mittel zugegeben werden, die im Stand der Technik bekannt sind. Diese Nährstoffe können Alkalimetalle (wie Kalium), Phosphate und Nitrate sein. Weiters kann der pH durch die Zugabe von basischen oder sauren Verbindungen beeinflußt werden, falls er mit dem mikrobiellen Wachstum nicht kompatibel ist.
Die vorliegende Erfindung wird besser mit Bezug auf die folgenden Beispiele verstanden. Sie sind als rein exemplarisch gedacht, und sie sind nicht dazu gedacht, den Umfang der Erfindung auf irgendeine Weise zu beschränken.

BEISPIELE

Tests wurden auf Systemen durchgeführt, die an vier Standorten instilliert waren, wo verschiedene Ölprodukte in den Erdboden und in das Grundwasser verschüttet worden waren. Die Systeme hatten verschiedene Tiefen vom oberen zum unteren Ende der für Fluide durchlässigen Einfassung 20 (Bohrlochsieb), und jede Stelle besaß verschiedene Kohlenwasserstoffverunreinigungen, wie unten gezeigt: Standort Art des Öls Tiefen vom oberen Ende zum unteren Ende des Bohrlochsiebes 70% Benzin 30% Dieselöl Benzinmischungskompenente schweres Kraftstofföl Asphalt, verdünnt mit Kerosin
Die Tests sind unten für jedes der Beispiele beschrieben. In jedem Beispiel wurden keine Nährstoffe (Düngemittel) oder Bakterien den Standorten zugegeben, um den biologischen Abbau zu stimulieren. Die Bodenfeuchtigkeit wurde durch Bewässerung nicht über die Normalwerte erhöht.

Beispiel 1

Sechs Testbohrlöcher wurden in der Nähe von 10 existierenden Bohrlöchern gebohrt. Jedes Bohrloch hatte einen Innendurchmesser von 10,2 cm (4 Inch) und einen Außendurchmesser von 20,3 cm (8 Inch). Ein PVC-Rohr wurde als eine für Fluide undurchlässige Einfassung und ein PVC-Sieb wurde als eine für Fluide durchlässige Einfässung verwendet. Der Erdboden war ein sandiger Lehm. Nach Evakuieren und Testen wurde das Gas aus dem Bobrloch verbrannt.
Der Boden rund um die Verschüttung war während ungefähr zwei Jahren belüftet worden, um die Migration von Öldämpfen in nahe Gebäude zu kontrollieren. Die Entlüftungsgeschwindigkeit wahrend dieser zwei Jahre war unter 0,85 cm³/min (30 Standardkubikfuß pro Minute (SCFM) pro Bohrloch.
Im Test wurde das entlüftete Gas unter der unteren Flammbarkeitsgrenze (1% Öldampf) gehalten, indem es nahe des Bohrlochkopfes mit Luft verdünnt wurde. Ein Beispiel des unverdünnten enflüfteten Gases hatte die fölgende Zusammensetzung: Bohrlochdurchfluß in m³/min [SCFM] Öldampf Methan
Der atmospharische Sauerstoff, der in den Boden gezogen wurde, stimulierte einen signifikanten biologischen Abbau. Es herrschte ein genügend großer biologischer Abbau, um die Sauerstoffkonzentration unter 10% zu drucken und das entlüflete Gas nicht entflammbar ohne Rücksicht auf die Öldampfkonzentration zu machen. Das Fehlen von Methan gab einen unsignifkänten anaeroben biologischen Abbau an.
Die Fließgeschwindigkeit der evakuierten Luft wurde in Stufen erhöht und während einiger Tage zwischen jeder Stufe konstant gehalten, dann wurden Proben des Gases auf Öldampf und CO&sub2;-Konzentration analysiert. Die CO&sub2; - Werte blieben beinahe konstant, bis der Fluß auf über 0,85 m³/min (30 SCFM) erhöht wurde, dann nahmen sie langsam ab, wie in Fig. 3 gezeigt Die CO&sub2;- und O&sub2; - Konzentrationen wurden während einiger Testmonate gehalten, was zeigte, daß der biologische Abbau nicht vorübergehend war oder von der Erdbodenfeuchtigkeit oder den Nährstoffen begrenzt war. Die biologische Abbaugeschwindigkeit des Öls wurde unter der Annahme berechnet, daß Öl direkt in CO&sub2; umgewandelt wurde (was äber eine konservative Annahme ist, da soviel wie die Häffte des Öls anfänglich in Biomasse umgewandelt wird). Die gesamte Ausbringungsgeschwindigkeit war die Summe der Geschwindigkeit für den biologischen Abbau und der Verdampfung, wie in Fig. 4 gezeigt. Fig. 4 zeigt, daß der biologische Abbau sogar dann zunimmt, nachdem die Verdampfungsgeschwindigkeit ein Plateau erreicht hat.

Beispiel 2

Die Kohlendioxid-, Sauerstoff- und Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration wurden wie in Beispiel 1 gemessen, und ein Bohrloch außerhalb des Verschüttungsbereiches wurde überwacht, um die Hintergrundwerte für jede dieser Komponenten zu bestimmen. Diese Bohrlöcher wurden wie in Beispiel 1 gebohrt. Bei 30 SCFM wurden die folgenden Daten für beide Bohrlöcher erstellt: Standort Bohrlochdurchfluß in m³/min [SCFM] Öldampf Methan Fläche der Verschüttuug Hintergund (nicht verschüttet)
Die Fließgeschwindigkeit wurde auf 5,1 m³/min [180 SCFM] erhöht, was den biologischen Abbau vergrößerte. Bei dieser Fließgeschwindigkeit war die Gasgeschwindigkeit hoch genug, um ein Aerosol aus flüssigem Benzin und Wasserströpfchen zu erzeugen, was anzeigte, daß die Erfindung so gestaltet werden kann, daß sie auch einige Flüssigkeiten beseitigen kann.

Beispiel 3

Dieses Beispiel zeigt den biologischen Abbau von Schweröltreibstoff.
Am Standort 3 wurden die Kohlendioxid-, Sauerstoff- und Gesamtkohlenwasserstoffkonzentrationen überwacht. Die folgenden Daten wurden gesammelt: Bohrlochdurchfluß in m³/min [SCFM] Schweröltreibstoff-Dampf Methan
Die Verdampfung des Schweröls war auf Grund seiner niedrigen Flüchtigkeit zu vernachlässigen. Eine Belüftung bei niedrigen Fiießgeschwindigkeiten wurde unwirksam sein, nichtflüchfige Schwerölverschüttungen zu beseitigen.
Fig. 5 vergleicht die Beseitigungsgeschwindigkeiten an den Standorten 1, 2 und 3. Fig. 5 zeigt, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung brauchbar ist, um einen breiten Bereich von Kohlenwasserstoffverunreinigungen aus dem Erdboden und aus verschiedenen Tiefen zu beseitigen. Außerdem kann die Sauerstoff- und Öldampfkonzentration gesteuert werden, um sicher außerhalb der Explosionsgrenzen zu operieren.

Beispiel 4

Ein Testbohrloch wurde in einen nicht porösen Erdboden (Ton) gebohrt. Das Bohrloch hatte einen Innendurchmesser von 30,5 cm [12 Inch]. Ein PVC-Rohr wurde als die für Fluide undurchlässige Einfassung verwendet, und ein PVC-Sieb wurde als eine für Fluide durchlässige Einfassung verwendet. Der Ton hatte eine Wasserpermeabilität von 10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;&sup6; cm/s. Nach Evakuieren und Testen wurde das Gas aus dem Bohrloch mit aktiviertem Kohlenstoff behandelt.
Wenn notwendig kann das entlüftete Gas unter der unteren Entflammbarkeitsgrenze (1% Öldampf) gehalten werden, indem es in der Nähe des Bohrkopfes mit Luft verdünnt wird. Beispiele von unverdünntem Entlüftungsgas besaßen den folgenden CO&sub2; - Gehalt unter den folgenden Verfahrensbedingungen: Vakuum (Inch Wasser) Fluß pro Bohrloch m³/min [SCFM] CO&sub2; (Volumen-%) Geschätzter biolog. Abbau des Öls (Gal/Tag/Bohrloch) Fall
In diesem Beispiel war der Kohlenwasserstoffgehalt ausreichend tief, um eine Sauerstoffkonzentration mit Werten von ännähernd 17 Volumenprozent zuzulassen. Dieses Beispiel zeigt die Betreibbarkeit des Verfahrens dieser Erfindung auf nicht porösen Erdböden, die mit Kohlenwasserstoffen kontaminiert sind.

Claims

1. Verfahren zum biologischen Abbau von Kohlenwasserstoffen durch Einziehen von Sauerstoff in eine mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone, umfassend:

Einbringen eines Bohrloches in eine mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone, die Kohlenwasserstoff abbauende Mikroben aufweist;

strömungsmäßiges Anschließen einer Unterdruckquelle an das Bohrloch;

Evakuieren von Gas aus dem Bohrloch, um Sauerstoff in die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone einzuziehen; und

Einstellen der Fließgeschwindigkeit des Sauerstoffs in die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone auf oberhalb der Fließgeschwindigkeit der maximalen Kohlenwasserstoffevakuierung, wodurch eine wesentliche Menge an Kohlenwasserstoffen biologisch abgebaut wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 worin die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone porösen Erdboden umfaßt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, worin die Fließgeschwindigkeit zwischen 0,85 und 7,1 m³/min (30 und 250 SCFM) pro Bohrloch beträgt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone nicht-porösen Erdboden umfaßt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, worin die Fließgeschwindigkeit zwischen 0,14 und 2,1 m³/min (5 und 75 SCFM) pro Bohrloch beträgt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Fließgeschwindigkeit so eingestellt ist, daß die biologisch abgebaute Menge an Kohlenwasserstoff innerhalb 50% des Maximums liegt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend das Einstellen der Konzentrationen des Sauerstoffs und der gesamten Kohlenwasserstoffe in dem evakuierten Gas in den nicht-explosiven Bereich.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, ferner umfassend:

Einbringen einer für Fluide undurchlässigen Einfassung, die koaxial angeordnet ist und mit der innenseitigen Oberfläche des Bohrlochs, das sich von der Erdoberfläche zu der mit Kohlenwasserstoff kontaminierten Zone erstreckt, abdichtend angeschlossen ist; und

Einbringen einer für Fluide durchlässigen Einfassung, die koaxial an der Innenseite des Bohrlochs angeordnet ist und strömungsmäßig an das Ende der für Fluide undurchlässigen Einfassung angeschlossen ist und sich von diesem erstreckt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin sich das Bohrloch in eine Kapillarzone erstreckt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin sich das Bohrloch bis in das Grundfluid erstreckt.

11. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend das Einbringen mehrerer Bohrlöcher, die zwischen 1,5 und 92 m (5 und 300 Fuß) von einander entfernt angeordnet sind.

12. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend die Überwachung des Wassergehalts des abströmenden Gases.

13. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die biologisch abgebauten Kohlenwasserstoffe einen Siedepunkt zwischen 32 und 816ºC (90 und 1500ºF) aufweisen.

14. Verfahren gemäß Anspruch 8, worin der innere Durchmesser der für Fluide durchlässigen und undurchlässigen Einfassungen zwischen 5,1 und 41 cm (2 und 16 Zoll) liegt.

15. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend die Zugabe von Nährstoffen zu der mit Kohlenwasserstoff kontaminierten Zone, die das Bakterienwachstum fördern, und ausgewählt sind aus der Gruppe Phosphate, Nitrate, oder Alkalimetalle.

16. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend die Entfernung der Kohlenwasserstoffe durch Erzeugung eines Aerosols.

17. Verfahren zum biologischen Abbau von Kohlenwasserstoffen durch Einziehen von Sauerstoff in eine mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone, umfassend:

Einbringen eines Bohrlochs von der Erdoberfläche durch eine mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone, die Kohlenwasserstoff abbauende Mikroben enthält, und das in dem Grundfluid endet;

Einbringen einer für Fluide undurchlässigen Einfassung, die koaxial angeordnet ist und mit der innenseitigen Oberfläche des Bohrlochs, das sich von der Erdoberfläche zu der mit Kohlenwasserstoff kontaminierten Zone erstreckt, abdichtend angeschlossen ist;

Einbringen einer für Fluide durchlässigen Einfassung, die koaxial an der Innenseite des Bohrlochs angeordnet und fest an das Ende der für Fluide undurchlässigen Einfassung angeschlossen ist und sich von diesem erstreckt;

strömungsmäßiges Anschließen einer Unterdruckquelle an die für Fluide undurchlässige Einfassung;

Evakuieren von Gas von der für Fluide durchlässigen Einfassung um Sauerstoff in die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone einzuziehen;

Überwachen des Sauerstoff-, Gesamtkohlenwasserstoff-, und Kohlendioxidgehalts des evakuierten Gases; und

Einstellen der Fließgeschwindigkeit dergestalt, daß die Menge an biologischem Abbau von Kohlenwasserstoff innerhalb 50% der maximalen biologischen Kohlenwasserstoff- Abbaugeschwindigkeit liegt; und Halten der Sauerstoff- und Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration außerhalb des explosiven Bereichs.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17, ferner umfassend die Entfernung der Rohlenwasserstoffe durch Erzeugung eines Aerosols.

19. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 17, ferner umfassend die Einrichtung von Mitteln zur Entfernung von Grundfluid von oder nahe von dem Boden des Bohrlochs und Entfernen des Grund luids.

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, worin genügend Grundfluid entfernt wird, um das Grundfluid im wesentlichen eben über die mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone zu halten.

21. Verfahren gemäß Anspruch 19, worin genügend Grundfluid entfernt wird, um einen Entnahmetrichter in dem Grundfluid zu erzeugen.

22. Verfahren gemäß Anspruch 19, worin die Mittel zur Entfernung des Grundfluids eine Pumpe umfassen.

23. Verfahren gemäß Anspruch 22, worin die Pumpe am oder nahe von dem Boden des Bohrlochs angebracht ist und strömungsmäßig an eine Rohrleitung angeschlossen ist, die von der Pumpe zu der Erdoberfläche führt und wobei die Rohrleitung sich innerhalb der für Fluide durchlässigen und undurchlässigen Einfassungen befindet und einen außenseitigen Durchmesser von weniger als dem innenseitigen Durchmesser der für Fluide durchlässigen und undurchlässigen Einfassungen aufweist.

24. Verfahren zur in-situ-Dekontamination von Kohlenwasserstoffmaterial enthaltendem Erdboden oder Grundwasser, worin ein Bohrloch sich von der Erdoberfläche in eine mit Kohlenwasserstoff kontaminierte Zone erstreckt, wobei das Bohrloch einschließt eine für Fluide undurchlässige Ummantelung, die von der Erdoberfläche her bis zu einer gewählten Tiefe innerhalb der durch das Bohrloch durchquerten Zone zu dessen Seitenwand abschließt, Verbindungswege, die zwischen dem Fluidraum innerhalb des unteren Endes der Ummantelung und der Zone bei der gewählten Tiefe kommunizieren, und Einrichtungen zum Pumpen von Gas, die abdichtend an die Ummantelung angeschlossen sind, um Luft von der Erdoberfläche durch die Zone zu ziehen, damit wenigstens die flüchtigen Kohlenwasserstoffkomponenten in der Zone durch Pumpen von Fluiddampf vom oberen Ende der Ummantelung zum Fließen durch die für Fluide durchlässige Verbindungswege in den Fluidraum mitgerissen werden, wodurch wenigstens die flüchtigen Komponenten des Kohlenwasserstoffmaterials aus der Zone extrahiert werden, wobei das Verfahren umfaßt:

Erhöhen der Pumpgeschwindigkeit des Fluiddampfs durch die Ummantelung von der kontaminierten Zone in einer Menge und in einem Ausmaß, die ausreicht die Produktion von Kohlendioxid in dem von der Zone ausgeleiteten Fluiddampf bis zu einer Konzentration von oberhalb eines Hintergrundpegels der Kohlendioxiderzeugung in der Zone zu fördern, wobei die Konzentration des Kohlendioxids mindestens 1 Volumenprozent beträgt, gemessen als Geschwindigkeit des biologischen Abbaus des Kohlenwasserstoffmaterials durch Kohlenwasserstoff abbauende Mikroben in der Zone.

25. Verfahren gemäß Anspruch 24, worin die Pumpgeschwindigkeit für den Fluiddampf von 0,14 bis 7,1 m³/min (5 SCFM bis 250 SCFM) beträgt.

26. Verfahren gemäß Anspruch 24, worin der Kohlendioxidgehalt ständig überwacht wird.

27. Verfahren gemäß Anspruch 26, worin der Kohlenwasserstoffgehalt und Sauerstoffgehalt des Fluiddampfs im Verhältnis zu dem Kohlendioxidgehalt überwacht wird, um zu bestätigen, daß die Geschwindigkeit des biologischen Abbaus der Kohlenwasserstoffkomponenten in der Zone oberhalb des Hintergrundpegels des Kohlendioxidgehalts der Zone ist.

28. Verfahren gemäß Anspruch 24, worin die Konzentration des Kohlendioxids in dem ausgeleiteten Fluiddampf von 1 Volumenprozent bis 14 Volumenprozent beträgt.

29. Verfahren gemäß Anspruch 28, worin die Konzentration des Kohlendioxids von 6 Volumenprozent bis 14 Volumenprozent beträgt.

30. Verfahren gemäß Anspruch 24, worin das Kohlenwasserstoffmaterial in der kontaminierten Zone Kohlenwasserstoffkomponenten einschließt, die eine niedrige Flüchtigkeit zu ihrer Verdampfung bei Umgebungstemperaturen und -drücken in der Zone aufweisen.