DE60009274T2

DE60009274T2 - Verfahren zur grundwassersanierung

Info

Publication number: DE60009274T2
Application number: DE60009274T
Authority: DE
Inventors: Carr Paul JOHNSON; Patrick Joseph SALANITRO; Merle Steven STEARNS; Michael Paul MANER; Henry James MILLER; Eugene Gerard SPINNLER
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: US6503395B1; US20030150799A1; US7255791B2; EP1169271A1; US20050020453A1; DE60009274D1; ATE262491T1; ES2218155T3; DK1169271T3; AU4548700A; US6808632B2; WO2000063127A1; EP1169271B1; US6776910B2; US20030150800A1; AR023499A1; PT1169271E

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Sanierung von verunreinigten Grundwasserträgern.
Hintergrund der Erfindung
Im Laufe der letzten Dekade haben Besorgnisse bezüglich der Umwelt sowie Entwicklungen im behördlichen Verordnungswesen Benzinhersteller dazu veranlaßt, ihre Bezingemische neu zu formulieren, damit diese sauberer verbrennen und weniger Auswirkung auf die Atmosphäre haben. Um dieses Ziel zu erreichen, haben Benzinhersteller begonnen, ihre Treibstoffe mit oxygenierten Kohlenwasserstoffen zu mischen, wie Alkylethern. Ein in großem Umfang eingesetzter Alkylether ist Methyl-tert.-butylether (nachfolgend "MTBE"), und unverbleites Benzin enthält häufig bis zu 10 bis 15 Vol.% dieses Ethers.
Nachdem derartige oxygenierte Treibstoffe nunmehr seit mehreren Jahren im Gebrauch stehen, wird vermutet, daß diese sauberer verbrennenden Treibstoffe eine Bedrohung von Grundwasserressourcen darstellen könnten. Im Speziellen sind zahlreiche oxygenierte Kohlenwasserstoffe in Wasser sehr gut löslich und werden nur langsam in der Umwelt abgebaut; sie neigen daher zur Akkumulation in Wasserreserven, wenn sie in die Umwelt freigesetzt werden. Beispielsweise wurde MTBE in großer Häufigkeit in vielen Gebieten der Vereinigten Staaten von Amerika im Grundwasser festgestellt, und es gibt wohldokumentierte Fälle von Beeinträchtigungen von Brunnen der städtischen Wasserversorgung. In einigen Fällen resultieren diese Beeinträchtigungen aus einem unbeabsichtigten Benzinüberlaufen; in anderen Fällen werden sie der Wiederablagerung von Chemikalien zugeschrieben, die aus partiell verbranntem KFZ-Abgas in die Atmosphäre emittiert werden.
Es ist auch bekannt, daß dann, wenn Alkylether wie MTBE in der Erdschicht zwischen Oberfläche und Unterboden angetroffen werden, diese gegenüber einem biologischen Abbau unter natürlichen Bedingungen weitgehend resistent sind. Dies ist der Hauptgrund für ihre Persistenz und Akkumulierung in Boden und Grundwasser.
Mit dem zunehmenden Wissen über das Verhalten dieser Chemikalien und mit dem Anstieg an dokumentierten Auswirkungen führen Zulassungsbehörden nunmehr Reinigungsstandards für Alkylether wie MTBE in Grundwasser ein. Als Ergebnis werden Technologien benötigt, die mit Alkylethern wie MTBE und mit Alkylalkoholen wie tert.-Butylalkohol (nachstehend "TBA"), wobei TBA ein während des Abbaus von MTBE gebildetes Übergangsprodukt darstellt, verunreinigte Böden und Grundwasserträger säubern können.
Oberflächlich verunreinigtes Erdreich kann durch Abtragen des verunreinigten Bodens und anschließendes Behandeln über Grund gereinigt werden. In den meisten Fällen ist es jedoch vorzuziehen, verunreinigte Böden in situ zu behandeln, um eine Störung der Lage zu minimieren und eine weitere Freisetzung der verunreinigenden Stoffe in die Atmosphäre zu verhindern. Dementsprechend wurde die von Visser et al. (US-Patente 4,593,760 und 4,660,639) beschriebene Erfindung an einigen MTBE-beeinträchtigten Stellen erfolgreich angewendet. Das Visser-Verfahren bezieht sich auf die Extraktion von Bodengasdämpfen aus der Wasserschicht. Dieses Verfahren ist jedoch in seiner Anwendbarkeit auf durchlässige, über dem Wasserhorizont angeordnete Böden beschränkt, und es ist auf flüchtige Alkylether begrenzt. Darüber hinaus ist das Verfahren an sich ein nicht-destruktiver Prozeß, der mit einer Behandlung über Grund gekuppelt werden muß (wie thermische Oxidation), wenn die Alkylether und/oder -alkohole wie MTBE und/oder TBA zerstört werden sollen.
Wenngleich nur wenige Leistungsdaten verfügbar sind, wird von Praktikern angenommen, daß eine verunreinigtes Grundwasser enthaltende wasserführende Schicht durch Anwendung von entwe der einer Pump-und-Behandlungstechnologie oder durch Anwendung einer in situ-Lufteinblasetechnologie saniert werden könnte. In der erstgenannten Technologie wird verunreinigtes Grundwasser durch Abpumpen aus Grundwasserbohrungen aus der wasserführenden Schicht abgezogen und über Grund gereinigt. Im Anschluß an die Reinigung wird das Grundwasser wieder in die wasserführende Schicht injiziert oder über Grund entsorgt. Ein Grundwasser-Pump-und-Behandlungssystem wird als sowohl unwirksam als auch kostspielig angesehen, weil es wartungsintensiv ist, die Behandlungen häufig Jahrzehnte erfordert und das System lediglich die Verunreinigung aus der wässerigen Phase in die Atmosphäre, in ein festes Medium zur anschließenden Entsorgung oder in eine Behandlungsanlage über Grund verlagert. Die in situ-Lufteinblasetechnologie wird von Billings et al. im US-Patent 5,221,159 beschrieben. In dieser Erfindung wird Luft in situ in das verunreinigte Grundwasser injiziert, mit der Hoffnung, daß die Grundwasserverunreinigungen verflüchtigt werden oder daß die Zufuhr von Sauerstoff den aeroben biologischen Abbau von leicht biologischen abbaubaren Verunreinigungen unterstützen wird. In Bezug auf eine Anwendung auf Alkylether und TBA sind indigene Organismen, die zum biologischen Abbau dieser Chemikalien befähigt sind, nicht immer vorhanden; wenn sie zugegen sind, dann üblicherweise in so geringer Zahl, daß das in situ-Lufteinblaseverfahren praktisch nur die Verflüchtigung der Alkylether und/oder Alkylalkohole, beispielsweise MTBA und/oder TBA, hervorrufen kann. Eine Anwendung dieses Verfahrens würde somit nur eine Überführung von Alkylethern und TBA aus dem Grundwasser in Bodengas und in die Atmosphäre hervorrufen. In einigen Fällen werden die Dämpfe über Grund aufgefangen und behandelt, aber eine Behandlung von Dämpfen über Grund ist typisch äußerst kostspielig und problematisch.
Das US-Patent 5,874,001 (Carter) offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur in situ-Entfernung von biologisch abbaubaren Verunreinigungen aus Grundwasser oder Erdreich oder beiden durch Injizieren von Sauerstoffgas in eine biologisch abbaubare Verunreinigung enthaltendes Grundwasser in einem ausreichend niedrigen Volumen, um ein Wandern oder ein Verflüchtigen der Verunreinigung zu vermeiden, aber in einem ausrei chend hohen Volumen, um das Ausmaß des biologischen Abbaus der Verunreinigung zu steigern. Wenngleich in der ausführlichen Beschreibung dort angegeben wird (Spalte 3, Zeilen 56 bis 58), daß "removal of biodegradable contaminats can be enhanced by injecting microorganisms into the groundwater", verläßt sich das angegebene spezielle Beispiel auf natürlich vorkommende Pseudomonas flourescens Type G für den biologischen Abbau von MTBE (Spalte 6, Zeilen 3 bis 5), mit einer Sauerstoffinjektion während 5 Minuten bei etwa 30 minütigen Intervallen bei einem Sauerstoffdruck von etwa 1 psi (0,07 bar) (Spalte 5, Zeilen 36, 37).
Bis dato sind in der Praxis keine in situ-Behandlungsverfahren bekannt, die zu einer zufriedenstellenden in situ-Zerstörung der Alkylether und Alkylalkohole wie MTBE und/oder TBA führen. Es besteht daher der Bedarf nach einer praktikablen Technologie, die zu einer in situ-Zerstörung der Ziel-Alkylether befähigt ist und die keine Entnahme und Über-Grund-Behandlung und -Freigabe von Fluiden erfordert.
Die US-Patente 5,750,364 und 5,811,010, übertragen an Shell Oil Company, beziehen sich auf eine Bakterienkultur, die aerob Alkylether und Alkylalkohole, wie MTBE und/oder TBA, zu nicht-toxischem Kohlendioxid und Wasser abbaut. Eine in situ-Sanierung von unterirdischen chemischen Verunreinigungen durch Abgabe von Verunreinigungen abbauenden Bakterien an die unterirdische Schicht (dieses Gesamtverfahren wird nachstehend als "Bio-Augmentation" bezeichnet) war jedoch historisch in der Praxis nicht umfaßt. Dies hauptsächlich deshalb, weil die meisten Böden und wasserführenden Schichten bereits eine ausreichende Anzahl von Mikroorganismen aufweisen, die einen substantiellen biologischen Abbau von biologisch leicht abbaubaren Verbindungen verursachen können, so daß eine Zugabe anderer Organismen nicht gewährleistet ist. Es ist auch allgemein anerkannt, daß eine Abgabe und Aufrechterhaltung von nicht-indigenen Mikroorganismenkulturen in der Schicht unter der Oberfläche eine sehr schwierige Aufgabe ist.
Zur Behandlung von grundwasserführenden Schichten und Böden, die mit persistenteren Chemikalien wie MTBE und/oder TBA verunreinigt sind, besteht jedoch ein Bedarf nach einem Bio-Augmentationsverfahren, das zur Abgabe und Aufrechterhaltung von nicht-indigenen Mikroorganismenkulturen in Boden- und Grundwasserschichten unter der Oberfläche befähigt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur in situ-Sanierung eines Grundwasserträgers, der eine Zone aufweist, durch die Wasser hindurchtritt, das durch wenigstens eine Verunreinigung, bei der es sich um Methyl-tert.-butylether (MTBE) und/oder tert.-Butylalkohol (TBA) handelt, verunreinigt ist, welches Verfahren a) ein Zuführen eines sauerstoffhältigen Gases bei einem Druck von wenigstens 5 psi (0,35 bar) über dem hydrostatischen Druck am Abgabepunkt durch gepulste Injektion mit einer Frequenz im Bereich von einmal pro Woche bis zu zehnmal pro Tag zu der Zone im Grundwasserträger und b) ein Zuführen einer nicht-indigenen Mikrobenkultur, die zum Abbau der wenigstens einen chemischen Verunreinigung befähigt ist, zu der Zone in dem Grundwasserträger umfaßt.
Eingehende Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur in situ-Sanierung wenigstens einer unterirdischen chemischen Verunreinigung durch Abgabe einer Mikrobenkultur, vorzugsweise einer Bakterienkultur, die zum Abbau der wenigstens einen chemischen Verunreinigung befähigt ist, an eine unterirdische verunreinigte Stelle. Die unterirdische verunreinigte Stelle kann verunreinigtes Grundwasser enthalten, und/oder sie kann Böden enthalten, die mit derartigem verunreinigtem Grundwasser verunreinigt sind. In der Schicht unter der Oberfläche liegen verunreinigte Grundwässer und mit solchen Grundwässern verunreinigte Böden in wasserführenden Schichten vor. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, erfolgreich Mikroorganismenkulturen in die unterirdische Schicht abzugeben und aufrechtzuerhalten, unter Anwendung eines Netzwer kes/Galerien von kultur- und/oder sauerstoffhältigen Strom-Abgabevorrichtungen.
Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur in situ-Sanierung einer Verunreinigung durch Alkylether, wie MTBE, und/oder Alkylalkohole, wie TBA, in Böden und/oder Grundwasser durch Abgabe einer nicht-indigenen Bakterienkultur an einen kontaminierte Böden und/oder Grundwasser enthaltenden Grundwasserträger, welche Bakterienkultur zum Abbau von MTBE, insbesondere zum Abbau von MTBE zu Kohlendioxid und Wasser, und/oder zum Abbau von TBA befähigt ist.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann in zweckmäßiger Weise für die in situ-Sanierung eines Grundwasserträgers angewendet werden, der eine Zone aufweist, durch den mit wenigstens einer Verunreinigung verunreinigtes Wasser hindurchtritt, welches Verfahren a) ein Zuführen eines sauerstoffhältigen Gases bei einem Druck von wenigstens 5 psi (0,35 bar) über dem hydrostatischen Druck am Abgabepunkt durch gepulste Injektion mit einer Frequenz im Bereich von einmal pro Woche bis zu zehnmal pro Tag zu der Zone im Grundwasserträger und b) ein Zuführen einer Mikrobenkultur, die zum Abbau der wenigstens einen chemischen Verunreinigung befähig ist, zu der Zone in dem Grundwasserträger umfaßt. Dieses Verfahren eignet sich besonders zur in situ-Sanierung eines Grundwasserträgers, der eine Zone aufweist, durch den mit Methyl-tert.-butylether (MTBE) und/oder tert.-Butylalkohol (TBA) verunreinigtes Wasser hindurchtritt. In diesem Verfahren kann (a) vor (b) initiiert werden, (b) kann vor (a) initiiert werden oder (a) und (b) können gleichzeitig initiiert werden. Das der Zone im Grundwasserträger zuzuführende sauerstoffhältige Gas kann aus wenigstens einer Quelle für sauerstoffhältiges Gas stammen. Das sauerstoffhältige Gas wird vorzugsweise an wenigstens einem unterirdischen Gasinjektionspunkt zu der Zone in dem Grundwasserträger zugeführt, um wenigstens eine oxygenierte Zone in dem Grundwasserträger zu schaffen. Das sauerstoffhältige Gas wird vorzugsweise an dem oder an jedem unterirdischen Gasinjektionspunkt mit Hilfe wenigstens eines Gasinjektors abgegeben, der mit der wenigstens einen Quelle von sauerstoffhälti gem Gas verbunden ist, wobei der oder jeder Gasinjektor in einer Sauerstoffabgabebohrung angeordnet ist. Vorzugsweise steht der oder jeder unterirdische Gasinjektionspunkt mit einem (das heißt einem respektiven) Gasinjektor in Verbindung. Das sauerstoffhältige Gas wird abgegeben, um in dem Grundwasserträger wenigstens eine oxygenierte Zone auszubilden, die zu einem aeroben Abbau führt. Innerhalb dieser aeroben Zonen (oxygenierte Zonen) wird eine Bakterienkultur, die zum Abbau der wenigstens einen Verunreinigung, vorzugsweise eines oder mehrerer Alkylether und/oder Alkylalkohole wie MTBE und/oder TBA, befähigt ist, abgegeben, um wenigstens eine Behandlungszone zu schaffen. Verunreinigtes Grundwasser, beispielsweise mit Alkylethern (wie MTBE) und/oder Alkylalkoholen (wie TBA) verunreinigtes Grundwasser, strömt aus verunreinigten grundwasserführenden Böden zu der wenigstens einen Behandlungszone. Wenn verunreinigtes Grundwasser durch die oder jede Behandlungszone hindurchtritt, wird es durch biologischen Abbau gereinigt, und die Verunreinigungen, beispielsweise Alkylether und/oder TBA, werden zu nicht-toxischem Kohlendioxid und Wasser umgewandelt. Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren, das ein Zuführen des sauerstoffhältigen Gases zu der Zone in dem Grundwasserträger an wenigstens einem unterirdischen Gasinjektionspunkt zur Schaffung einer oxygenierten Zone, ein anschließendes Zuführen der Mikrobenkultur zu der oxygenierten Zone zur Schaffung einer Behandlungszone umfaßt und worin verunreinigtes Grundwasser durch die Behandlungszone hindurchtritt und saniert wird.
Die wenigstens eine Quelle für sauerstoffhältiges Gas kann in einem Gehäuse untergebracht sein. Die wenigstens eine sauerstoffgashältige Quelle kann aus Luftkompressoren, Verdichtern oder Kombinationen davon mit Druckgaslagertanks bestehen. In alternativer Weise kann die wenigstens eine Quelle für sauerstoffhältiges Gas aus im Handel erhältlichen Sauerstoffgasgeneratoren bestehen.
In vorteilhafter Weise wendet die vorliegende Erfindung ein Abgabesystem für sauerstoffhältiges Gas an, das so konstruiert ist, daß in der oder in jeder Behandlungszone verhältnismäßig gleichförmige aerobe Bedingungen aufrechterhalten werden, während gleichzeitig Verluste an der Kontaminierung durch von einem nicht-biologischen Abbau verursachte Verlustmechanismen minimiert werden, wie Verdampfung und Dispersion. Ein nicht beschränkender Weg zur Erreichung dieses Zieles sieht die intermittierende gepulste Injektion eines sauerstoffhältigen Gases, wie Luft oder reiner Sauerstoff, vor. Durch den oder jeden Gasinjektor werden somit Pulse aus sauerstoffhältigem Gas abgegeben. Wird in dieser Weise vorgegangen, so wird ein Teil des sauerstoffhältigen Gases in den Porenräumen des Grundwasserträgers eingeschlossen, und Sauerstoff löst sich kontinuierlich in das Grundwasser hinein, während der Zeitspanne zwischen den Injektionspulsen. Der Sauerstoff wird somit kontinuierlich zwischen den Pulsen in einer Weise abgegeben, die jegliche unerwünschten Verdampfungsverluste vermeidet. Darüber hinaus ist eine gepulste Gasabgabe gegenüber einer kontinuierlichen Abgabe vorteilhaft, weil eine kontinuierliche Abgabe eine Verringerung der Wasserpermeabilität in dem Ausmaße verursachen kann, daß die Verunreinigungen um die oder jede Behandlungszone herumströmen, anstatt diese zu durchsetzen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Netzwerk aus Sauerstoffabgabestellen intermittierend betrieben, um den aeroben biologischen Abbau zu maximieren, während andere nicht-abbauende Verlustmechanismen (beispielsweise Verdampfung, Dispersion usw.) minimiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Abgabe von sauerstoffhältigem Gas in einem optimierten intermittierenden Modus angewendet. Der gewünschte Injektionsdruck für das sauerstoffhältige Gas kann in zweckmäßiger Weise mit Gasdruckreglern gesteuert werden. Der Injektionsdruck des sauerstoffhältigen Gases ist vorzugsweise größer als der hydrostatische Druck des Wassers in dem oder in jedem Gasinjektor. Um Probleme mit einer schlechten Gasverteilung zu vermeiden, unter denen verzweigte Gasabgabesysteme leiden, wird es bevorzugt, daß der Abgabedruck um wenigstens 10 psig (Pfund-Kraft/Quadratzoll-Überdruck) (0,7 bar Überdruck) größer ist als der hydrostatische Wasserdruck. Bevorzugte Abgabedrücke liegen im Bereich 20 bis 40 psig (1,4 bis 2,8 bar Über druck). Vorzugsweise wird wenigstens ein Gaslagertank verwendet, um das sauerstoffhältige Gas zwischen Injektionszyklen zu lagern. Der oder jeder Gaslagertank ist vorzugsweise so bemessen, daß er das gewünschte Gasinjektionsvolumen bei dem gewünschten Gasinjektionsdruck enthält.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt somit ein Lagern des sauerstoffhältigen Gases in wenigstens einem Gaslagertank und ein anschließendes Zuführen des sauerstoffhältigen Gases zu dem wenigstens einen unterirdischen Injektionspunkt durch intermittierende gepulste Injektion. Die Gaslagertanks stellen ein vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung dar, indem sie eine kurze und rasche gepulste Gasabgabe ermöglichen, die über direkt mit Verdichtern, Kompressoren oder anderen sauerstoffliefernden Anlagen verbundene Bohrungen nicht erreichbar ist. Vorzugsweise regeln Solenoidventile und/oder Rückstromsperren den Gasstrom von der Quelle für sauerstoffhältiges Gas zu dem oder zu jedem Gasinjektor.
Für eine optimale Ausführung der Erfindung kann in bequemer Weise ein Systemüberwachungs- und -regelsystem angewendet werden. Die Systemüberwachung kann typisch eine Reihe von Druckanzeigen und/oder Gasströmungsmessern umfassen, die zur Sicherstellung der Gaszuführung zu jedem Gasinjektor verwendet werden. Es wird bevorzugt, daß für jeden Gaslagertank Druckanzeigen verwendet werden. Darüber hinaus wird es bevorzugt, daß Grundwasserüberwachungspunkte und/oder Sensoren für gelösten Sauerstoff eingesetzt werden, um die Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff in der Zielbehandlungszone zu überwachen.
In vorteilhafter Weise kann, aufbauend auf den von einem derartigen Überwachungssystem erhaltenen Daten, die Frequenz und das Volumen der Injektionen von sauerstoffhältigem Gas durch Anwendung eines mit dieser Überwachungsausrüstung verbundenen Reglers eingestellt werden. Dieser Regler kann ein einfaches System aus manuell betätigten Ventilen sein, kann aber vorzugsweise elektronische Timer aufweisen und kann stärker bevorzugt aufwendigere automatische Regelsysteme umfassen, die mit in situ-Sauerstoffsensoren integriert sind. Zur Minimierung von Verlusten aus anderen Mechanismen als dem biologischen Abbau und zur Vermeidung von Verschlechterungen der Permeabilität gegenüber dem Grundwasserstrom durch die Behandlungszone wird im Allgemeinen die Frequenz von Injektionen des sauerstoffhältigen Gases minimiert.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt daher ein Aufrechterhalten von verhältnismäßig einheitlichen aeroben Bedingungen in der Behandlungszone durch Überwachen des Sauerstoffstroms aus dem oder jedem Gaslagertank zu dem oder zu jedem unterirdischen Gasinjektionspunkt unter Anwendung wenigstens einer Druckanzeige und/oder Gasströmungsmeßanzeige, Überwachen der Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der Behandlungszone unter Anwendung von Grundwasserüberwachungsstellen und Sensoren für gelösten Sauerstoff und ein Einstellen der Frequenz und des Volumens der intermittierenden gepulsten Injektionen von sauerstoffhältigem Gas mittels eines mit dieser Überwachungsausrüstung verbundenen Reglers.
Das sauerstoffhältige Gas wird dem wenigstens einem unterirdischen Gasinjektionspunkt mittels wenigstens eines Gasinjektors zugeführt. Der oder jeder Gasinjektor kann jede beliebige praktische Form annehmen, wird aber zweckmäßig aus einer Kombination aus einem ersten Abschnitt aus einer perforierten Leitung und einem zweiten Abschnitt aus einer nicht-perforierten Leitungen konstruiert. Die nicht-perforierte Leitung wird sich zweckmäßig unter die Zielbehandlungszone erstrecken und wird vorzugsweise derart installiert, daß ein Kurzschließen von sauerstoffhältigem Gas aus der Zone in dem Grundwasserträger heraus, beispielsweise in eine Sickerwasserzone hinein, vermieden wird. Der perforierte Abschnitt des oder jedes Injektors wird vorzugsweise unterhalb der Zielbehandlungszone abgeordnet und kann entweder vertikal oder horizontal ausgerichtet sein. Der perforierte Abschnitt kann zweckmäßig vertikal ausgerichtet sein und weist vorzugsweise eine Länge von 0,25 bis 5 m, stärker bevorzugt 0,5 m bis 2 m auf.
Die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in dem behandelten Grundwasserträger (Behandlungszone) wird vorzugsweise auf einem Wert von über 2 mg/l der Grundwasserträger(Grundwasser)-Behandlungszone gehalten, vorzugsweise auf über 4 mg/l, stärker bevorzugt auf über 8 mm/l, noch stärker bevorzugt auf über 10 mg/l und am meisten bevorzugt auf über 18 mg/l gehalten. Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff von bis zu etwa 8 mg/l können durch eine Abgabe von Luft oder Sauerstoffgas erzielt werden; höhere Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff werden jedoch zweckmäßig durch gepulste Sauerstoffgasabgabe erzielt.
Der Druck des in die Zone im Grundwasserträger injizierten sauerstoffhältigen Gases liegt wenigstens 5 psig (0,35 bar Überdruck), vorzugsweise wenigstens 10 psig (0,7 bar Überdruck), noch stärker bevorzugt wenigstens 20 psig (1,4 bar Überdruck), am meisten bevorzugt wenigstens 30 psig (2,1 bar Überdruck) über dem hydrostatischen Druck am Abgabepunkt durch gepulste Injektion.
Dementsprechend beträgt der Druck des oder jedes Lagertanks für sauerstoffhältiges Gas vorzugsweise wenigstens 5 psig (0,35 bar Überdruck), stärker bevorzugt wenigstens 20 psig (1,4 bar Überdruck) und am meisten bevorzugt wenigstens 30 psig (2,1 bar Überdruck) über dem hydrostatischen Druck an dem oder an jedem unterirdischen Gasinjektionspunkt.
Als ein nicht-beschränkendes erläuterndes Beispiel wird der hydrostatische Druck an dem oder an jedem Injektionspunkt mit etwa 0,5 psig pro Fuß (0,115 bar pro m) Tiefe unter dem Wasserhorizont berechnet. Bei einer typischen Behandlungszone liegen die unterirdischen Gasinjektionspunkte in einer Tiefe von 2 bis 20 Fuß (0,6 bis 6 m), vorzugsweise 5 bis 20 Fuß (1,5 bis 6 m), stärker bevorzugt 5 bis 10 Fuß (1,5 bis 3 m) unter dem Wasserhorizont. Wenn beispielsweise ein unterirdischer Injektionspunkt sich in einer Tiefe von 5 bis 20 Fuß (1,5 bis 6 m) unterhalb des Wasserhorizontes befindet, wird der hydrostatische Druck am Injektionspunkt ungefähr 2,5 bis 10 psig (0,17 bis 0,7 bar Überdruck) betragen. Der Injektions(lagertank)druck könnte dann wenigstens 7,5 psig (0,5 bar Überdruck), stärker bevorzugt wenigstens 15 psig (1 bar Überdruck) und am meisten bevorzugt wenigstens 30 psig (2 bar Überdruck) ausmachen; vorzugsweise wird er im Bereich 6 bis 60 psig (0,4 bis 4,1 bar Überdruck), stärker bevorzugt im Bereich 20 bis 40 psig (1,4 bis 2,8 bar Überdruck) liegen.
Um eine ausreichende Sauerstoffabgabe sicherzustellen, wird es bevorzugt, daß der Abstand zwischen den Injektionspunkten für sauerstoffhältiges Gas weniger als 20 Fuß (6 m) und vorzugsweise weniger als 10 Fuß (3 m), stärker bevorzugt weniger als 7 Fuß (2,1 m) und am meisten bevorzugt weniger als 6 Fuß (1,8 m) beträgt. Als ein nicht-beschränkendes Beispiel kann der Abstand zwischen benachbarten Injektionspunkten in einem seichten (weniger als 30 Fuß (9 m) Tiefe), verhältnismäßig homogenen Grundwasserträger etwa 3 bis 5 Fuß (0,9 m bis 1,5 m) betragen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Abgabe des sauerstoffhältigen Gases an den Grundwasserträger an wenigstens zwei unterirdischen Gasinjektionspunkten, vorzugsweise an wenigstens 10 unterirdischen Gasinjektionspunkten, am meisten bevorzugt an wenigstens 20 unterirdischen Gasinjektionspunkten. Die maximale Anzahl von Gasinjektionspunkten hängt von der zu sanierenden Fläche des Grundwasserträgers ab.
Vorzugsweise wird das sauerstoffhältige Gas an wenigstens zwei unterirdischen Gasinjektionspunkten dem Grundwasserträger mittels wenigstens zweier Gasinjektoren zugeführt, die ihre jeweiligen perforierten Abschnitte an wenigstens zwei unterschiedlichen Tiefen innerhalb des Grundwasserträgers angeordnet haben, beispielsweise an einer ersten Tiefe von 5 bis 15 Fuß (1,5 bis 4,5 m), vorzugsweise 10 bis 15 Fuß (3 bis 3,5 m), und an einer zweiten Tiefe von 16 bis 25 Fuß (4,8 bis 7,5 m) , vorzugsweise 16 bis 20 Fuß (4,8 bis 6 m).
Die Sauerstoffinjektion wird zweckmäßig in einer Weise ausgeführt, die so ausgebildet ist, daß die Gasinjektion, die Verdampfung der Verunreinigung und die Verringerung der Wasser durchlässigkeit minimiert werden, während das gewünschte Ausmaß an gelöstem Sauerstoff aufrechterhalten wird.
Gemäß einem Aspekt des vorliegenden Verfahrens kann das durchschnittliche Mindestvolumen [V – angegeben in Kubikfuß Gas] (m³ Gas) an Gesamtsauerstoff, das jedes Mal an jedem Injektionspunkt injiziert wird, nach der folgenden Formel berechnet werden: V = 0,1 x A X T + N,worin A = behandelte Fläche [Quadratfuß] (m²)
T = Behandlungsstärke [Fuß] (m)
N = Anzahl der Injektionspunkte.
Es versteht sich, daß dann, wenn das sauerstoffhältige Gas nicht verhältnismäßig reiner Sauerstoff ist, wie Luft, das Volumen des injizierten Gases entsprechend dem Sauerstoffgehalt des sauerstoffhältigen Gases eingestellt werden wird.
Das Volumen des injizierten Sauerstoffes beträgt vorzugsweise das 1- bis 100-fache, stärker bevorzugt 1,25- bis 5-fache, am meisten bevorzugt 1,25- bis 3-fache von V (durchschnittliches Mindestvolumen).
Als ein erläuterndes, nicht beschränkendes Beispiel wird eine Behandlungszone von 100 Quadratfuß (9,3 m²) mal 12 Fuß (3,6 m) Stärke mit 30 Sauerstoffinjektionsstellen wenigstens etwa 4 Kubikfuß (0,1 m³) Sauerstoff pro Injektionsstelle erfordern, vorzugsweise 5 bis 400 Kubikfuß (0,125-10 m³), stärker bevorzugt 5 bis 8 Kubikfuß (0,125-0,2 m³).
Die Frequenz der Injektion von sauerstoffhältigem Gas kann variieren und kann an eine lagespezifische Basis angepaßt werden. Vorzugsweise beträgt sie von einmal pro Woche bis zu zehnmal täglich, vorzugsweise von einmal täglich bis achtmal täglich, stärker bevorzugt von zweimal täglich bis etwa viermal täglich.
Vorzugsweise beträgt die Dauer jeder Injektion von sauerstoffhältigem Gas an jeder Injektionsstelle wenigstens 0,05 bis 4 Minuten, vorzugsweise 0,1 bis 3 Minuten, noch mehr bevorzugt 0,3 bis 1,5 Minuten. Als ein erläuterndes, nicht beschränkendes Beispiel wird das sauerstoffhältige Gas in einer Menge von 1 bis 20 Kubikfuß (0,025 – 0,5 m³) , vorzugsweise 2 bis 10 Kubikfuß (0,05 – 0,25 m³), stärker bevorzugt von 3 bis 8 Kubikfuß (0,075 – 0,2 m³) während 0,1 bis 3 Minuten abgegeben. Als ein bevorzugtes erläuterndes Beispiel wird das sauerstoffhältige Gas an der Injektionsstelle mit etwa 4 Kubikfuß pro Minute (das sind 260 Kubikfuß pro Stunde) [0,1 m³ pro Minute (das sind 6,5 m³ pro Stunde)] während einer halben Minute bei jeder Injektion injiziert.
Die Konzentration der in die Behandlungszone abgegebenen und dort gehaltenen Kultur wird von der Stärke und Aktivität der Kultur abhängen. Ein Beispiel für eine Kultur, die in der vorliegenden Erfindung zweckmäßig eingesetzt werden kann, ist eine Mischkultur ATCC-Nr. 202057, die aus einem Aktivschlamm bereitet wird, der sich im Biotreater des South Effluent treater zur Abwasserbehandlung aus der Chemieanlage des Shell Deer Park Manufacturing-Komplexes in 5900 Highway 225, Deer Park, Texas 77536, USA, befindet, wie im US-Patent 5,750,364 in Spalte 6, Zeile 32 bis Spalte 7, Zeile 8 beschrieben wird. Proben der Mischkultur ATCC-Nr. 202057 sind von der Dauersammlung der ATCC, Patent Depository, 12301, Parklawn Drive, Rockville, M.D. 20852, USA, erhältlich.
Wo eine MTBE-Sanierung unter Anwendung der Bakterienmischkultur ATCC-Nr. 202057 vorgenommen wird, beträgt die Konzentration der Bakterienkultur vorzugsweise mehr als 100 mg/stärker bevorzugt mehr als 200 mg, stärker bevorzugt mehr als 250 mg Trockengewicht an Zellen/kg Boden.
Die Kultur kann in zweckmäßiger Weise der unterirdischen Schicht in einer Injektionsaufschlämmung zugeführt werden. Die Konzentration der in der Injektionsaufschlämmung enthaltenen Kultur liegt im Allgemeinen im Bereich 100 bis 10.000 mg Gesamtmenge suspendierte Feststoffe (Total Suspended Solids, TSS)/l, vorzugsweise im Bereich 200 – 5000 mg/l und noch stärker bevorzugt im Bereich 500 – 4000 mg/l.
Die Vorrichtung zur Abgabe einer Bakterienaufschlämmung kann, ohne hierauf beschränkt zu sein, eine Injektionsbohrung, eine Infiltrationsgalerie, beispielsweise über Gräben oder Kanalisation, eine Direktinjektion unter Druck durch Rohre mit offenem Ende sein. Die Vorrichtung ist vorzugsweise so konstruiert, um die Bakterienaufschlämmung in wirksamer Weise durch die behandelte Zone in einer ausreichend schnellen Form zu verteilen, um ein Absetzen der Kultur im Abgabesystem zu vermeiden, damit es nicht zu einem Verstopfen der Vorrichtung kommt, vorzugsweise ausreichend rasch mit genügendem Druck, um das von der Injektionsstelle genügend weit entfernte Behandlungsgebiet zu erreichen, stärker bevorzugt mit ausreichendem Druck und/oder Geschwindigkeit, um die Bodenstruktur zu ändern/aufzubrechen/zerschlagen, um eine "Autobahn" für die Bakterienkultur zu schaffen, damit sie weiter in die Behandlungszone hineinreicht. Als ein nicht-beschränkendes Beispiel wird angegeben, daß dann, wenn Injektionskonzentrationen von über 1000 mg Trockengewicht an Zellen pro Liter Lösung angewendet werden, ein offen auslaufendes Rohr unter einem Druck von wenigstens 10 psig (0,7 bar Überdruck), vorzugsweise wenigstens 20 psig (1,4 bar Überdruck), stärker bevorzugt wenigstens 40 psig (2,8 bar Überdruck), am meisten bevorzugt wenigstens 75 psig (5,1 bar Überdruck) über dem hydrostatischen Druck verwendet wird. Für Injektionskonzentrationen von unter 1000 mg Trockengewicht an Zellen pro Liter Lösung können Injektionsbohrungen oder Infiltrationsgalerien ausreichen; wenn dies der Fall ist, so wird vorzugsweise in einem Netzwerk oder in Galerien von Abgabeleitungen gearbeitet.
Zweckmäßig kann die Bakterienkultur der Behandlungszone mittels eines Netzwerkes einer Vielzahl von Abgabeleitungen bei einem Druck von wenigstens 10 psig (0,7 bar Überdruck) über dem hydrostatischen Druck an den Stellen der Bakterienkulturinjektion zugeführt werden.
Grundwasserüberwachungspunkte können von perforierten und nicht-perforierten Leitungen konstruiert werden. Wenn dies der Fall ist, wird es bevorzugt, daß der Abschnitt der perforierten Leitung auf das für die Überwachung interessante Tiefenintervall beschränkt wird. Sensoren für gelösten Sauerstoff können in situ, in Grundwasser-Überwachungspunkten oder oberirdisch angeordnet werden. Bei oberirdischer Anordnung werden sie mit einem Grundwasserpumpsystem gekuppelt werden, um kleine Mengen an Grundwasser aus Grundwasserüberwachungsbohrungen über Grund zu bringen. Es können auch unterhalb der Zielbehandlungszone angeordnete Grundwasserüberwachungspunkte verwendet werden, um das Verschwinden der Verunreinigungen zu überwachen.
Die Abgabe der Bakterienkultur an die Behandlungszone kann erreicht werden durch a) die Anwendung von Injektionsbohrungen, b) eine Infiltration über Gräben oder Kanalisation, c) direkte Injektion unter Druck durch offen auslaufende Rohre. Es wird bevorzugt, daß von Anfang an eine ausreichende Menge an Kultur abgegeben wird, da generell nicht erwartet wird, daß die Abbauaktivität in der Behandlungszone mit der Zeit zunehmen wird.
Als eine bevorzugte Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens zur Sanierung von MTBE und/oder TBA in der wasserführenden Schicht (Grundwasser, gesättigte Zone, wasserführende Zone, Unterboden) wird eine gemischte Bakterienkultur oder reine Bakterienkultur, wie in den US-Patenten 5,750,364, 5,811.010 und 5,902,734 beschrieben, eingesetzt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur in situ-Sanierung von MTBE in einem Grundwasserträger, der eine Behandlungszone aufweist, durch die mit MTBE verunreinigtes Wasser hindurchtritt, welches Verfahren umfaßt:

a) Injizieren eines sauerstoffhältigen Gases bei einem Druck von wenigstens 5 psig (0,35 bar) über dem hydrostatischen Druck an Injektionspunkten durch eine Mehrzahl von Leitun gen, die weniger als 6 Fuß (1,8 m) Abstand voneinander haben und respektive perforierte Abschnitte aufweisen, die an wenigstens zwei unterschiedlichen Tiefen innerhalb des Grundwasserträgers angeordnet sind, während etwa 0,1 bis etwa 3 Minuten mit einer Frequenz von etwa einmal pro Woche bis zu etwa zehnmal täglich;
b) Zuführen einer Mikrobenkultur, die zum Abbau von MTBE zu Kohlendioxid und Wasser befähigt ist, zu der Behandlungszone durch eine Vielzahl von Abgabeleitungen bei einem Druck von wenigstens 10 psig (0,7 bar) über dem hydrostatischen Druck an der oder an jeder Injektionsstelle;

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform besser verstanden werden, die nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen erfolgt, worin:
1 ein Querschnitt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
3 eine generelle Auslegung des Sanierungsschemas/Anordnung einer illustrativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
4 die Verringerung der MTBE-Konzentration in seichten Überwachungspunkten unter Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erläutert und
5 die Verringerung der MTBE-Konzentration in tiefen Überwachungspunkten unter Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erläutert.
Die 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung. Die Ausführungsform weist eine Quelle für sauerstoffhältiges Gas 1 auf, die mit wenigstens einem unterirdischen Gasinjektor 9 verbunden ist. Das sauerstoffhältige Gas wird einem Grundwasserträger 14 zugeführt, um wenigstens eine oxygenierte Zone 12 auszubilden. Zu der wenigstens einen oxygenierten Zone wird eine Bakterienkultur 11, die zum Abbau der Verunreinigungen befähigt ist, beispielsweise eine Mischkultur ATCC-Nr. 202057 (nachfolgend als BC-4 bezeichnet), zugeführt, um eine Behandlungszone 23 auszubilden. Verunreinigtes Grundwasser 13, das mit Alkylethern (wie MTBE) und/oder Alkylalkohol (wie TBA) verunreinigt ist, strömt aus verunreinigten wasserführenden Böden 15 zur Behandlungszone 23. Während das verunreinigte Grundwasser durch die Behandlungszone 23 hindurchtritt, wird es durch biologischen Abbau gereinigt, und die Alkylether und/oder TBA werden zu nicht-toxischem Kohlendioxid und Wasser umgewandelt.
Die Quelle 1 für sauerstoffhältiges Gas ist in einer Anlage 18 eingehaust. Die Quelle 1 für sauerstoffhältiges Gas besteht aus im Handel erhältlichen Sauerstoffgasgeneratoren. Der oder jeder unterirdische Gasinjektionspunkt 20 ist in einer Sauer stoffabgabebohrung angeordnet, die den oder jeden Gasinjektor 9 enthält, der mit der Quelle 1 für sauerstoffhältiges Gas verbunden ist. Der oder jeder Gasinjektor umfaßt einen ersten Abschnitt aus nicht-perforierter Leitung 21 und einen zweiten Abschnitt aus perforierter Leitung 22, wobei sich der Abschnitt aus perforierter Leitung unter die Behandlungszone 23 erstreckt.
Die Ausführungsform umfaßt ein Abgabesystem für sauerstoffhältiges Gas, das für die intermittierende gepulste Injektion eines sauerstoffhältigen Gases wie Luft oder reinen Sauerstoff konstruiert ist. Die Pulse aus sauerstoffhältigem Gas werden durch den oder jeden Gasinjektor 9 abgegeben. Der gewünschte Injektionsdruck des sauerstoffhältigen Gases wird mit Gasdruckreglern 2 gesteuert. Der Injektionsdruck wird auf einen größeren Wert als dem hydrostatischen Druck in dem oder jedem Gasinjektor 9 eingestellt, was grob 0,5 psig (Pfund-Kraft/Quadratfuß-Überdruck) pro Fuß Tiefe (0,115 bar pro m Tiefe) zwischen dem Wasserhorizont und dem oberen Ende des perforierten Abschnittes des oder jedes Gasinjektors in der Sauerstoffabgabebohrung entspricht. Der Abgabedruck wird auf wenigstens 10 psig (0,7 bar Überdruck) über dem hydrostatischen Druck eingestellt. Typische Abgabedrücke liegen im Bereich 20 bis 40 psig (1,4 bis 2,8 bar Überdruck). Zum Lagern des sauerstoffhältigen Gases zwischen den Injektionszyklen werden Gaslagertanks 5 verwendet. Die Gaslagertanks 5 werden so bemessen, daß sie das gewünschte Gasinjektionsvolumen bei dem gewünschten Gasinjektionsdruck fassen. Solenoidventile 3 und Rückflußklappen 4 regeln den Gasstrom von der Quelle 1 für sauerstoffhältiges Gas zu den Gasinjektoren 9.
Die Systemüberwachung und -regelung wird mittels Druckanzeigen 7 und Gasströmungsmessern 6 beigestellt, die dazu verwendet werden, um eine Gasabgabe zu jedem Injektor sicherzustellen. Wenigstens eine Druckanzeige 7 wird für jeden Gaslagertank verwendet. Zusätzlich werden Grundwasserüberwachungspunkte 10 und Sensoren 8 für gelösten Sauerstoff eingesetzt, um die Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff in der Zielbehandlungszone 23 zu überwachen. Auf der Basis der mit dieser Überwachungs ausrüstung erhaltenen Daten werden die Frequenz und das Volumen der intermittierenden gepulsten Injektionen von sauerstoffhältigem Gas durch Anwendung einer Regeleinheit 19 eingestellt, die mit dieser Überwachungsausrüstung in Verbindung steht. Der Regler kann ein einfaches System aus manuell bedienten Ventilen sein, wird aber vorzugsweise elektronische Timer und/oder automatische Regelsysteme umfassen, die mit den in situ-Sauerstoffsensoren integriert sind. Durch die Anwendung einer Systemüberwachung und Systemregelung wird die Frequenz der intermittierenden gepulsten Injektionen von sauerstoffhältigem Gas minimiert.
Die Gasinjektoren 9 umfassen einen ersten Abschnitt 22 aus perforierter Leitung und einen zweiten Abschnitt 21 aus nicht-perforierter Leitung. Die nicht-perforierte Leitung 21 erstreckt sich unter die Zielbehandlungszone 23 und ist so installiert, daß ein Kurzschließen von sauerstoffhältigem Gas aus der Grundwasserschicht heraus vermieden wird, beispielsweise in die Sickerwasserzone 17 hinein. Der perforierte Abschnitt 22 des Injektors 9 ist unterhalb der Zielbehandlungszone 23 angeordnet und ist vertikal ausgerichtet, wie in 1 dargestellt.
Im Betrieb wird die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in dem behandelten Grundwasserträger (Behandlungszone) vorzugsweise auf über 18 mg/l mit Hilfe der gepulsten Sauerstoffgasabgabe gehalten.
Der Druck der Lagertanks für sauerstoffhältiges Gas wird auf wenigstens 20 psig (1,4 bar Überdruck) über dem hydrostatischen Druck an den Injektionspunkten eingestellt.
Die Grundwasserüberwachungspunkte 10 sind ebenfalls aus perforierter und nicht-perforierter Leitung konstruiert. Der perforierte Leitungsabschnitt des Grundwasserüberwachungspunktes ist auf das für die Überwachung interessante Tiefenintervall beschränkt. Die Sensoren 8 für gelösten Sauerstoff werden in situ, in den Grundwasserüberwachungspunkten und über Grund placiert. Bei Anordnung über Grund sind sie mit einem Grund wasserpumpsystem gekuppelt, um kleine Grundwassermengen aus den Grundwasserüberwachungspunkten 10 über Grund zu bringen. Zusätzliche Grundwasserüberwachungspunkte, die im Anschluß an die Zielbehandlungszone angeordnet sind, werden zum Verfolgen des Verschwindens der Alkylether und von TBA verwendet.
Die Abgabe der Bakterienkultur 11 an die Behandlungszone kann erreicht werden durch a) die Anwendung von Injektionsbohrungen, b) eine Infiltration über Gräben oder Kanalisation, c) direkte Injektion unter Druck durch offen auslaufende Rohre. Es ist kritisch, daß von Anfang an eine ausreichende Menge an Kultur abgegeben wird, da typisch nicht erwartet wird, daß die Abbauaktivität in der Behandlungszone mit der Zeit zunehmen wird.
Die in den 1 und 2 darstellte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde in der Versuchsanlage der U.S. Navy CBC Base, Port Hueneme, Kalifornien, USA, getestet. Die generelle Auslegung der Demonstrationsanlage ist in 3 dargestellt. Zur Evaluierung des Verhaltens der vorliegenden Erfindung in Bezug auf zwei Kontrollen wurden drei Testzellen konstruiert. Die zentrale Anlage enthält die illustrative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Anlagen zu beiden Seiten enthalten a) eine Kontrollanlage (nur Überwachung) und b) eine Anlage, in die nur Sauerstoffgas injiziert wird.
An diesem Ort ist die Zielbehandlungszone ungefähr 5 Fuß Länge × 20 Fuß Breite × 12 Fuß Tiefe groß (1,5 m × 6 m × 3,6 m). Durch das offene Ende eines starren Rohres wurden 1400 Gallonen (5292 l) einer gemischten Kultur mit der ATCC-Nr. 202057 (nachfolgend als BC-4 bezeichnet) mit einem Gehalt an ungefähr 1000 mg suspendierte Gesamtfeststoffe (TSS)/l injiziert. Das Rohr wurde bis zum Boden der Zielbehandlungszone getrieben und dann langsam hochgezogen, während die Mischkultur (BC-4) unter Druck injiziert wurde. Die Injektionen erfolgten alle 1 Fuß (0,3 m) über die Länge der Behandlungszone, und etwa 5 Gallonen (18,9 l) Mischkultur wurden für jeden 1 Fuß (0,3 m)-Anstieg des Injektionsrohres injiziert.
Das Sauerstoffabgabesystem bestand aus ungefähr 40 Sauerstoffinjektoren, verteilt wie in 3 dargestellt. Jeder Injektor bestand aus einem nicht-perforierten PVC-Rohr von ¾" (1,9 cm) Durchmesser, an dessen Ende entweder ein 2 Fuß (0,6 m) oder ein 1 Fuß (0,3 m) langer perforierter Abschnitt angeschlossen war. Die Injektoren wurden unter Anwendung von im Handel erhältlichen Direktsetzverfahren installiert. Die perforierten Abschnitte wurden entweder auf 17 bis 19 Fuß (5,1 bis 5,7 m) unter Grund gesetzt (in der Folge als "tiefe Sauerstoffabgabebohrungen" bezeichnet) oder auf 14 bis 15 Fuß (4,2 bis 4,5 m) unter Grund gesetzt (in der Folge als "seichte Sauerstoffabgabebohrungen" bezeichnet). Die Grundwasserüberwachungsbohrungen wurden in gleicher Weise konstruiert und installiert, außer daß sie 5 Fuß (1,5 m) lange perforierte Abschnitte aufwiesen, die entweder 15 bis 20 Fuß (4,5 bis 6 m) unter Grund gesetzt wurden (in der Folge als "tiefe Bohrungen" bezeichnet) oder auf 10 bis 15 Fuß (3 bis 4,5 m) unter Grund gesetzt wurden (nachfolgend als "seichte Bohrungen" bezeichnet).
Die Sauerstoffgasquelle war ein im Handel erhältlicher Sauerstoffgasgenerator, der bis zu 80 SCFM (Standard-Kubikfuß/Minute) liefern konnte. Über eine Reihe von Timern, Druckreglern und Solenoidventile war er mit acht Gaslagerbehältern verbunden. Jeder Lagerbehälter hatte ein Innenvolumen von etwa 8 Kubikfuß (0,07 m³); beaufschlagt mit 30 psig (2,1 bar Überdruck), enthielt jedes Gefäß ungefähr 24 Kubikfuß (0,22 m³) reines Sauerstoffgas (bei normalem Atmosphärendruck). Jedes Lagergefäß stand über elektronische Solenoidventile mit drei bis fünf Sauerstoffabgabebohrungen in Verbindung. Die Timer wurden so eingestellt, daß das Sauerstoffgas von einmal bis achtmal täglich abgegeben werden konnte.
Die 4a, 4b, 4c und 5a, 5b, 5c zeigen die MTBE-Konzentrationen gegen den Abstand von der Oberseite jeder Behandlungsanlage für verschiedene Zeitpunkte vor und nach der BC-4-Injektion. Zum Vergleich werden die angegebenen Zeiten relativ zum Datum des BC-4-Einimpfens gemessen; t = -44 d entspricht somit dem Beginn des Sauerstoffabgabesystems und t = 0 entspricht dem BC-4-Einimpfen. Jede Figur stellt einen Längsschnitt entlang der Richtung des Grundwasserstroms für eine der Studienanlagen dar (das heißt nur Sauerstoffinjektion, BC-4- und Sauerstoffinjektion, Kontrollanlage). Für jeden Abstand entlang eines gegebenen Längsschnittes wird in den 4 und 5 das geometrische Mittel der gemessenen Konzentrationen dargestellt.
Für alle Anlagen und alle Abstände entlang der Längsschnitte sind die MTBE-Konzentrationen für alle Zeitpunkt vor dem BC-4-Einimpfen verhältnismäßig stabil (t = 0 in den 4 und 5). Der Betrieb des Sauerstoffinjektionssystems erhöhte die Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff. eine Sauerstoffinjektion allein hatte jedoch wenig Auswirkung auf die MTBE-Konzentrationen in irgendeiner Anlage.
Nach dem BC-4-Einimpfen und bei fortgesetztem Betrieb des Sauerstoffinjektionssystems während der nächsten 67 Tage wurden in der BC-4- und Sauerstoffinjektionsanlage Abnahmen der MTBE-Konzentrationen beobachtet. Unmittelbar hinter der BC-4-beimpften Zone wurden MTBE-Konzentrationsabnahmen von über 90% festgestellt, und andere, weniger dramatische MTBE-Abnahmen wurden stromauf zur beimpften Region beobachtet. Im Vergleich dazu wurden keine signifikanten Änderungen der MTBE-Konzentrationen in der nur mit Sauerstoffinjektion betriebenen Anlage bzw. in der Kontrollanlage beobachtet.
In Summe gesehen zeigen die Werte zum Zeitverlauf ganz deutlich, daß die vorliegende Erfindung in wirksamer Weise eine Biobarriere gegenüber MTBE-Wanderung schafft und in wirksamer Weise die MTBE-Verunreinigung in den Grundwasserträgern verringert.

Claims

Verfahren zur in situ-Sanierung eines Grundwasserträgers, der eine Zone aufweist, durch die mit wenigstens einer Verunreinigung, bei der es sich um Methyl-tert.-butylether (MTBE) und/oder tert.-Butylalkohol (TBA) handelt, verunreinigtes Wasser hindurchtritt, welches Verfahren a) ein Zuführen eines sauerstoffhältigen Gases bei einem Druck von wenigstens 5 psi (0,35 bar) über dem hydrostatischen Druck am Abgabepunkt durch gepulste Injektion mit einer Frequenz im Bereich von einmal pro Woche bis zu zehnmal pro Tag zu der Zone in dem Grundwasserträger und b) ein Zuführen einer nicht-indigenen Mikrobenkultur, die zum Abbauen der wenigstens einen chemischen Verunreinigung befähigt ist, zu der Zone in dem Grundwasserträger umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ein Zuführen des sauerstoffhältigen Gases zu der Zone in dem Grundwasserträger an wenigstens einem unterirdischen Gasinjektionspunkt zur Schaffung einer oxygenierten Zone, ein anschließendes Zuführen der Mikrobenkultur zu der oxygenierten Zone zur Schaffung einer Behandlungszone umfaßt und worin verunreinigtes Grundwasser durch die Behandlungszone hindurchtritt und saniert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ein Lagern des sauerstoffhältigen Gases in wenigstens einem Gaslagertank und ein anschließendes Zuführen des sauerstoffhältigen Gases zu dem wenigstens einen unterirdischen Injektionspunkt durch intermittierende gepulste Injektion umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 3, das ein Aufrechterhalten von verhältnismäßig einheitlichen aeroben Bedingungen in der Behandlungszone durch Überwachen des Sauerstoffstroms aus dem oder aus jedem Gaslagertank zu dem oder zu jedem unterirdischen Gasinjektionspunkt unter Anwendung wenigstens einer Druckanzeige und/oder Gasströmungsmeßanzeige, ein Überwachen der Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der Behandlungszone unter Anwendung von Grundwasserüberwachungsstellen und Sensoren für gelösten Sauerstoff und ein Einstellen der Frequenz und des Volumens der intermittierenden gepulsten Injektionen von sauerstoffhältigem Gas mittels eines mit dieser Überwachungsausrüstung verbundenen Reglers umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ein Zuführen des sauerstoffhältigen Gases zu dem oder zu jedem unterirdischen Gasinjektionspunkt mittels wenigstens eines Gasinjektors umfaßt, wobei der oder jeder unterirdische Gasinjektionspunkt mit einem Gasinjektor in Verbindung steht, wobei der oder jeder Gasinjektor einen ersten Abschnitt aus einer perforierten Leitung und einen zweiten Abschnitt aus einer nicht-perforierten Leitung umfaßt, worin sich der Abschnitt aus perforierter Leitung unter die Behandlungszone erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ein Aufrechterhalten der Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der Behandlungszone auf größer als 2 mg/l umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das eine Abgabe einer Mikrobenkultur an die oxygenierte Zone in einer Injektionsaufschlämmung mit einer Konzentration von 100 bis 10.000 mg/l umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ein Abgeben des sauerstoffhältigen Gases an den Grundwasserträger an wenigstens zwei unterirdischen Gasinjektionsstellen umfaßt, die weniger als 6 m Abstand voneinander haben.
Verfahren nach Anspruch 8, das ein Abgeben des sauerstoffhältigen Gases an den Grundwasserträger an wenigstens zwei unterirdischen Gasinjektionsstellen mittels wenigstens zweier Gasinjektoren umfaßt, die ihre jeweiligen perforierten Abschnitte an wenigstens zwei verschiedenen Tiefen innerhalb des Grundwasserträgers angeordnet haben.