DE69612321T2

DE69612321T2 - Senkrechtes Isolationssystem für die Zweiphasenextraktion von Boden- und Grundwasserverunreinigungen

Info

Publication number: DE69612321T2
Application number: DE69612321T
Authority: DE
Inventors: Eliott N. Duffney; Ronald E. Hess; Scott M. Huber; Alfonso R. Mancini; Michael T. Salotti; John F. Thomasser; Richard A. Williams
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2016-06-06
Also published as: EP1070555A3; EP0747142A1; DE69629854D1; DE69612321D1; EP1070555B1; DE69629854T2; EP1070555A2; US5709505A; EP0747142B1; JP3884793B2; JPH08332476A

Description

Die vorliegende Erfindung richtet sich an ein Verfahren zum Herauslösen von Verunreinigungen aus Flüssigkeiten und Gasen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 42 09 69 offenbart ein System und ein Verfahren zur Sanierung verunreinigter Bodenbereiche. Es wird ein aufblasbarer Packer betätigt, um einen Bereich des Bohrlochs abzudichten, um verunreinigte Luft aus dem Bereich des Bohrlochs unterhalb des Packers zu entfernen und die entfernte Luft nach Filtrierung und Reinigung wieder einzuführen.
EP 0586005 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herauslösen von verunreinigter Flüssigkeit aus dem Untergrund, wobei eine verschiebbare Extraktionsleitung vorgesehen ist, um die Länge eines perforierten Bereichs einer äußeren Röhre einzustellen, um die Flüssigkeit aus dem Bohrloch herauszuziehen.
Ferner kann es wünschenswert sein, eine Vorzugsströmung durch Zonen mit höherer Permeabilität zu verringern oder zu vermeiden und die Stärke des ein Bohrloch umgebenden Bereich zugeführten Vakuums zu verändern. Vorzugsströmungspfade von Bodengas zum Bohrloch verflüchtigen und entfernen lediglich Verunreinigungen aus diesen bevorzugten Strömungszonen, während die benachbarten weniger durchlässigen Gebiete nur eine geringfügige oder gar keine Bodengas- und/oder Grundwasserbewegung zeigen. Materialien mit höherer Durchlässigkeit wie etwa jene, die zur Einbettung von Erdversorgungsleitungen verwendet werden, und Gebäudefüllmaterialien können ebenso den Fluss von Bodengas durch die kontaminierte Zone "kurzschließen", wo eigentlich eine Vakuumzuführung und eine Bodengas- und/oder Grundwasserextraktion erwünscht ist. Es kann eine Vakuumzuführung zu weniger durchlässigen Zonen und nicht zu umgebenden Zonen mit höherer Durchlässigkeit erwünscht sein. Es kann ebenfalls erwünscht sein, die Ausbildung von Vorzugsströmungspfaden im Bodenbereich, der ein Bohrloch umgibt, zu vermeiden. Ferner kann es erwünscht sein, Bodengase und Flüssigkeiten durch ausgewählte Bereiche über die gesamte vertikale Ausdehnung eines Bohrlochs und dessen Einflussradius zu entfernen, wodurch Verunreinigungen aus Bereichen abtransportiert werden, die sonst durch die Vorzugsströmung nicht erfasst würden. Ferner kann es wünschenswert sein, in einem Bohrloch das "Belüften" zu verringern oder zu vermeiden, wobei Atmosphärenluft direkt durch die stärker durchlässige obere Bodenschicht in das Bohrloch in der Nähe der Oberfläche gezogen wird und von dem Bohrloch in eine perforierte Heberleitung, anstatt durch den Boden zur Höhe der Perforationen bzw. Löcher in der Heberleitung und dann in das Bohrloch bei dieser Höhe. Ferner kann es wünschenswert sein, die Anzahl an Bohrlöchern, die mit einem einzelnen Vakuumsystem in Strömungsverbindung stehen, zu vergrößern; da Vakuumsysteme häufig durch die Kubikmeter pro Minute von Gas, die hindurch strömen können, beschränkt sind, kann durch Verringern der Kubikmeter pro Minute aus jedem Loch ein einzelnes Vakuumsystem für mehrere Bohrlöcher verwendet werden. Ferner kann es wünschenswert sein, das zu den Bohrlöchern transportierte Vakuum zu erhöhen, um damit den Massenabtransport und den Druckgradient zu erhöhen, wodurch eine größere Einflusszone für das Vakuum hervorgerufen wird. Ferner kann es den Bedarf oder den Wunsch geben, einen Überdruck auf ein erstes Bohrloch auszuüben und Kontaminationsstoffe aus einem zweiten Bohrloch herauszulösen, mit der Möglichkeit, den Bereich und die Tiefe, wo das Gas eintritt und die Zone zwischen den ersten und den zweiten Bohrlöchern verlässt, in genauer Weise zu kontrollieren. Ferner kann es wünschenswert sein, Flüssigkeiten und Gase durch eine oder mehrere ausgewählte Erd- oder Gesteinsschichten, die eine etwas größere Bindefähigkeit an die darin enthaltenen Kontaminierstoffe aufweisen, herauszulösen, um die Strömung von Flüssigkeiten und Gasen durch diese Schichten zu maximieren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus Gesteinsschichten, Grundwasser und Erdschichten mit den oben erwähnten Vorteilen bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus einem kontaminierten Bodenbereich gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht im Querschnitt, die einen allgemeinen Aufbau zur Vakuumherauslösung von Verunreinigungsstoffen aus kontaminierten Bodenbereich gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei noch keine Vorzugsströmungspfade im umgebenden Erdbereich existieren;
Fig. 2 eine Seitenansicht im Querschnitt, die eine allgemeine Anordnung zur Vakuumextraktion von Verunreinigungen aus einem kontaminierten Bodenbereich gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn sich Vorzugsströmungspfade im umgebenden Bodenbereich ausgebildet haben;
Fig. 3 eine Querschnittsseitenansicht eines für die vorliegende Erfindung geeigneten Extraktionsbohrlochs, wenn noch keine Vorzugsströmungspfade in dem umgebenden Bodenbereich existieren;
Fig. 4 ein Seitenqueranschnitt eines für die vorliegende Erfindung geeigneten Extraktionsbohrlochs, wenn sich Vorzugsströmungspfade in umgebendem Bodenbereich ausgebildet haben.
Die vorliegende Erfindung richtet sich an ein Verfahren zur Entfernung von Kontaminationsstoffen aus Gesteinsschichten, Grundwasser und Erdbereich. Der hierin verwendete Begriff "Bodenbereich" bezieht sich auf oberflächennahe Erdschichten, tiefere Gesteinsschichten und einen beliebigen Erd- bzw. Bodenbereich, der dazwischen enthalten ist. Verunreinigungen können in der vadosen Zone und/oder unterhalb des Wasserspiegels vorhanden sein. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Bohrlochs in dem verunreinigten Bereich, Anbringen einer perforierten Heberleitung in dem Bohrloch, in dem eine Vakuumextraktionsleitung mit einer Öffnung innerhalb der perforierten Heberleitung angeordnet ist, Anlegen eines Vakuums an die Heberleitung durch die Vakuumextraktionsleitung, um Bodengase und damit verknüpfte Flüssigkeit in die Heberleitung zu saugen, um Gase und die Flüssigkeit durch die Vakuumextraktionsleitung an die Oberfläche zu transportieren, Trennen der Flüssigkeit und der Gase, und die separierte Flüssigkeit und die Gase getrennt einer geeigneten Behandlung unterziehen. Behandeltes Wasser kann dem Boden wieder zugeführt oder in konventioneller Weise ausgeschieden werden. Die Vakuumextraktionsleitung ist von einer Heberleitung umgeben. Die Heberleitung ist mit Löchern (Sieb) ausgestattet, die unterhalb des Wasserspiegels, in der ungesättigten (vadosen) Zone, oder sowohl in gesättigten als auch ungesättigten Zonen sowie innerhalb eines Gesteinsschicht angeordnet sein können. In einer Ausführungsform besitzt die Heberleitung Perforationen sowohl über als auch unter dem Wasserspiegel. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Heberleitung mit Löchern(Sieb) ausgestattet, die sich lediglich unter den Wasserspiegel erstrecken. In einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Heberleitung mit Löchern versehen (Sieb), die sich lediglich über dem Wasserspiegel erstrecken. Die ungesättigte Zone kann die natürliche Vadosezone, die über dem natürlichen Wasserspiegel liegt, oder eine erweiterte "künstliche" vadose Zone sein, die erzeugt wird, wenn durch die Entfernung von Grundwasser durch das Bohrloch eine lokale Absenkung des Wasserspiegels bewirkt wird. Anordnung des Siebes in der Weise, dass es sich sowohl unterhalb des Wasserspiegels und in die vadose Zone erstreckt, gestattet es, Bodengase einschließlich von Verunreinigungen in der Dampfphase in die Heberleitung unter dem Einfluss eines Vakuumgenerators, der mit der Vakuumextraktionsleitung verbunden ist, einzusaugen. Die Gase ziehen die Flüssigkeiten mit, so dass beide Phasen zusammen in einem gemeinsamen Strom durch die Vakuumextraktionsleitung an die Oberfläche transportiert werden können. An der Oberfläche werden die beiden Phasen in einem Dampf- Flüssigkeits-Abscheidekessel, etwa einem Fliehkraftabscheider, einem Abscheidebehälter oder einem anderen geeigneten Gerät, getrennt und nach der Trennung können die beiden Phasen einzeln zu Systemen zur Schadstoffentfernung mittels weiterer Behandlungsschritte transportiert werden. Geeignete Verfahren zur Schadstoffabscheidung umfassen Filtration, Adsorption, Luftabscheiden, Ablagern, Ausflocken, Ausfällen, Waschen und dergleichen.
Alternativ kann die Heberleitung so angeordnet sein, dass das Sieb zu jeder Zeit unterhalb des Wasserspiegels ist, selbst, wenn die Entfernung von Wasser ein lokales Absinken des Wasserspiegels verursacht. In einer derartigen Anordnung besteht der Fluidtransport von der Heberleitung an die Oberfläche im Wesentlichen aus der Flüssigkeitsphase, obwohl es noch notwendig sein kann, eine Dampf/Flüssigkeitstrennung und eine individuelle Phasenbehandlung an der Oberfläche vorzusehen, um den Phasenübergang zu berücksichtigen, der als Folge von Turbulenz und Druckverringerung an der Saugseite des Vakuumgeräts auftreten kann.
Fig. 1 und 2 zeigen schematisch Systeme 10 zur Vakuumextraktion und Behandlung in Übereinstimmung mit der Erfindung. In Fig. 1 ist eine Quelle 11 flüchtiger Schadstoffe zu sehen, die eine Verteilung 13 von adsorbierten, aufgelösten oder suspendierten Schadstoffen in einer freien Phase oder gasförmigen Phase im Erdboden 15 der vadosen (ungesättigten) Zone erzeugen. Die Schadstoffe, die die Verteilung 13 bilden, neigen dazu, nach unten zum natürlichen Grundwasserspiegel 17 zu sickern oder eine Lauge zu bilden. Das Grundwasser bewegt sich in der Richtung der Pfeile 19. Komponenten, die leichter als Wasser oder nicht aufgelöst sind, werden durch das Bezugszeichen 21 gekennzeichnet, und diese neigen dazu an der Oberfläche des Wasserspiegels zu schweben. Aufgelöste Schadstoffe neigen dazu, in einer pilzartigen Verteilung 23 unter den Wasserspiegel 17 zu sinken, und Freiphasenkomponenten 25, die schwerer als Wasser sind, neigen dazu, nach unten zur Grundwasserhemmschicht 27 zu wandern. In Fig. 2 ist eine kontaminierte Zone 12 zu sehen, in der die Schadstoffe in der zentralen Zone 14 stärker im Boden als in der Umgebungszone 12 konzentriert sind. Die Schadstoffe sind adsorbierte, aufgelöste oder in Suspension vorliegende Freiphasen- und Gasphasenschadstoffe im Erdbereich. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, repräsentiert die gestrichelte Linie 16 die Grenze zwischen dem oberen Bodenbereich 18, der im Allgemeinen stärker durchlässig ist als der untere Bodenbereich 20. Beispielsweise kann der obere Bodenbereich 18 verwitterter Ton sein mit einer typischen Durchlässigkeit von ungefähr 1 · 10&supmin;&sup7; Zentimeter pro Sekunde, und der untere Bodenbereich 20 kann unverwitterter Ton sein mit einer typischen Durchlässigkeit von ungefähr 1 · 108 Zentimeter pro Sekunde. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es jedoch nicht notwendig, dass die kontaminierte Zone 12 sich in zwei oder mehr Gebiete mit unterschiedlicher Bodendurchlässigkeit erstreckt; die kontaminierten Zonen 12 und 14, die Vorzugsströmungspfade 22, 24 und 26 und das Extraktionsbohrloch 28 können gemeinsam innerhalb eines Bodenbereichs mit einer einzelnen Durchlässigkeit angeordnet sein. Im Bodenbereich, der die kontaminierte Zone 12 beinhaltet, sind Pfade bevorzugter Strömung 22, 24 und 26 ausgebildet, wobei der Boden deutlich durchlässiger ist als jeweils der obere Bodenbereich 18 oder der untere Bodenbereich 20. In vielen Beispielen können die Durchlässigkeiten des Bodens innerhalb der Vorzugsströmungspfade um mindestens eine Größenordnung größer als die Durchlässigkeit des Bodens sein, der die Vorzugsströmungspfade umgibt. Beispielsweise kann der umgebende Boden eine Durchlässigkeit von ungefähr 1 · 10&supmin;&sup4; Zentimeter pro Sekunde oder weniger aufweisen, während die bevorzugte Strömungspfade Durchlässigkeiten von 1 · 10&supmin;³ Zentimeter pro Sekunde oder größer aufweisen könnten. Pfade bevorzugter Strömung können jedoch ebenfalls zwischen Bereichen mit lediglich geringfügig unterschiedlichen Durchlässigkeiten ausgebildet sein, da die Strömung den Weg des geringsten Widerstands bevorzugt. Diese Pfade bevorzugter Strömung können entweder natürlich auftreten oder können in dem kontaminierten Bereich künstlich erzeugt werden. Künstliche Vorzugsströmungspfade können beispielsweise durch Frakturierungsvorgänge geschaffen werden, wobei relativ durchlässige Flussbereiche innerhalb eines relativ undurchlässigen Bodenbereichs geschaffen werden. Beispielsweise erfordert hydraulisches Frakturieren das Eintreiben eines Gehäuses und einer Bohrspitze in den Boden in die gewünschte Tiefe des Bruches dicht an der Oberfläche, wobei das Gehäuse und die Bohrspitze aus einem beliebigen geeigneten Material, wie etwa Stahl oder dergleichen besteht. Anschließend wird ein Extensionsstab in das Gehäuse eingeführt, um die Bohrspitze weiter in den Boden bis zu einer Tiefe unterhalb des Endes des Gehäuses hineinzutreiben. Anschließend werden der Extensionsstab und die Bohrspitze aus dem Gehäuse entfernt, wobei das leere Gehäuse in dem Boden belassen wird, wobei ein Graben mit offengelegtem Bodenbereich unterhalb des Endes des Gehäuses zurückbleibt. Anschließend wird eine Kerbe in den Boden unterhalb des Endbereichs des Gehäuses mittels eines Wasserstrahls geschnitten, wobei die Kerbe sich horizontal und senkrecht zu dem vertikalen Gehäuse erstreckt. Anschließend wird ein sandgefüllter feiner Schlamm unter Druck in das Gehäuse eingeführt; das Gehäuse verhindert eine Verteilung des Schlamms in allen Bereichen mit der Ausnahme des freigelegten Erdbereichs innerhalb der Kerbe unterhalb des Endes des Gehäuses, und der Druck bewirkt ein horizontales hydraulisches Aufbrechen, das sich von den Kerbenrändern her ausdehnt. Der auf diese Weise erzeugte Bruch enthält Sand, der zur Vermeidung eines späteren Einbrechens des Bruchs dient und es ermöglicht, dass Gase und Flüssigkeiten durch den Bruchbereich mit deutlich höheren Flussraten strömen, als in dem relativ undurchlässigen umgebenden Erdbereich möglich sind. Anschließend können zusätzliche Bruchbereiche an weiter fortgeschrittenen tiefe ren Pegeln durch Einführen eines längeren Gehäuses und der Bohrspitze in das ursprüngliche Loch im Boden und das Eintreiben in die gewünschte Tiefe mit anschließendem Schneiden einer neuen Kerbe an einem tieferen Pegel und Einleiten des Schlammes zur Bildung eines neuen Bruchsbereichs geschaffen werden. Bruchbereiche können mit beliebig gewünschten Abständen, typischerweise zumindest 6 Inch (15 Zentimeter) geschaffen werden, obwohl ein Abstand zwischen Bruchbereichen nach Wunsch kleiner sein kann. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der in die Bruchbereiche eingeführte feine Schlamm eine Mischung aus Sand, Wasser und gebundenem Guargummi, wobei die Mischung eine hohe Viskosität aufweist. Die Mischung umfasst ferner ein chemisches Mittel, wie etwa ein Enzym, das den gebundenen Guargummi angreift, so dass nach einer gewissen Zeitdauer, typischerweise ein oder zwei Tage, die Bindung in dem Guargummi aufbricht, wodurch die Viskosität des feinen Schlamms absinkt. Anschließend läuft das Wasser aus dem Schlamm ab und hinterlässt den Sand im Bruchbereich. Ein Beispiel eines geeigneten, kommerziell erhältlichen Additivs zu einem Sand/Nasser-Schlamm für diesen Zweck ist das Bohrfluidadditiv RE- VERT®; das von der Firma Johnson Filtration Systems, Inc., St. Paul, Mn, beziehbar ist. Dieses Material enthält Guargummi und erhöht anfänglich die Viskosität des Schlammes, wobei anschließend der Guargummi auseinander bricht und eine verringerte Viskosität innerhalb weniger Tage zur Folge hat.
Optional können Lufteinlasssonden 29 innerhalb eines oder mehrerer Vorzugsströmungspfade 22, 24 und 26 vorgesehen werden. Die Lufteinlasssonden ermöglichen es, Luft oder anderes Fluid (Flüssigkeiten und/Gase) in die Vorzugsströmungspfade an Stellen einzuführen, die vom Bohrloch beabstandet sind, wobei die Fluide anschließend durch das Bohrloch herausgesaugt werden. Diese Anordnung kann vorteilhaft sein, wenn ansonsten keine ausreichende Verbindung zwischen der Atmosphäre und dem Extraktionsbohrloch besteht, oder wenn der Bodenbereich keine ausreichende Luftströmung ergibt. Ein Extraktionsbohrloch 28, das später detailliert dargestellt wird, wird in den Bereich der kontaminierten Zone getrieben. In Fig. 1 wird das Extraktionsbohrloch 28 in den Bereich der Verteilung 13 getrieben und erstreckt sich durch die vadose Zone 15 und unter den natürlichen Wasserspiegel 17. In Fig. 2 ist das Extraktionsbohrloch 28 in die kontaminierte Zone 12 getrieben und erstreckt sich durch den oberen Bodenbereich 18 in den unteren Bodenbereich 20. Mit dem Extraktionsbohrloch 28 ist ein Vakuumextraktionssystem 32 gekoppelt, das vorzugsweise so gestaltet ist, um Hochvakuumsbedingungen zu erzeugen, typischerweise von ungefähr 17,8 cm bis ungefähr 73,7 cm (7 bis ungefähr 29 Inch) Quecksilbersäule. Gase, die von dem Vakuumextraktionssystem 32 entfernt werden, können bei 34 in die Atmosphäre abgegeben werden, wenn dies innerhalb zulässiger Umweltgrenzen liegt, oder können weiterbearbeitet werden, etwa durch Verbrennung oder durch Weiterleiten an einen Kondenser, einen granularen Aktivkohlefilter oder an eine andere derartige Komponente 36. Die Komponente 36 dient dazu, Schadstoffe aus den extrahierten Gasen zu entfernen. Wasser, das durch den Prozess herausgelöst wird, kann behandelt werden, indem es durch konventionelle Systeme zur Metallentfernung, Entfernung flüchtiger organischer Verbindungen, oder anderer Reinigungsschritte hindurch geführt wird. Das behandelte und gereinigte Wasser, wenn es zu diesem Zeitpunkt eine ausreichende Reinheit besitzt, kann zu einem beliebigen geeigneten Austrittspunkt, wie dies durch 38 gekennzeichnet ist, zurückgespeist werden. Schadstoffe können in Trommeln 40 zur endgültigen Vernichtung oder zur weiteren Verarbeitung gelagert werden.
Fig. 3 und 4 zeigen Ausführungsformen des Extraktionsbohrloch 28 in detaillierter Weise. In den Fig. 3 und 4 umfasst das Extraktionsbohrloch 28 ein längliches Bohrloch 42, in das eine perforierte Heberleitung 44 eingeführt ist, die unten abgedeckt ist. Die Heberleitung 44 ist entweder überhalb des Wasserspiegels, unterhalb des Wasserspiegels oder über und unter dem Wasserspiegel perforiert. In den dargestellten Ausführungsformen umfasst die Heberleitung einen nicht perforierten oberen Bereich 46 und einen perforierten (siebenden) unteren Bereich 48. Die Heberleitung 44 kann aus einem beliebigen geeigneten Material, wie etwa PVC, Metallen, etwa rostfreiem Stahl, galvanisiertem Stahl oder dergleichen, Plastikstoffen, einschließlich Teflon® oder dergleichen, hergestellt sein. Die gelochten oder perforierten Bereiche können Perforationen einer beliebigen gewünschten oder geeigneten Form und Größe aufweisen; beispielsweise kann in einer Ausführungsform der perforierte Bereich mit 0,010 Inch (0,25 mm) Schlitzen ausgestattet sein. In der Heberleitung 44 ist eine Vakuumextraktionsleitung 30 vorgesehen. Die Vakuumextraktionsleitung 30 kann aus einem beliebigen geeigneten Material, wie beispielsweise PVC, Metallen, wie etwa rostfreiem Stahl, galvanisiertem Stahl oder dergleichen, Plastikmaterialien, einschließlich Teflon® oder dergleichen, hergestellt sein. Das obere Ende der Heberleitung 44 ist mit einer Betonschicht oder Decke verbunden und ist mit einem geeigneten Leitungsfitting 52 versehen, das es erlaubt, dass die Heberleitung 44 und die Vakuumextraktionsleitung 30 an den Rest des Vakuumextraktionssystems 32 (in den Fig. 3 und 4 nicht gezeigt) gekoppelt sind, wobei die Vakuumextraktionsleitung 30 mit dem Vakuumextraktionssystem in Fluidverbindung steht. Die Vakuumextraktionsleitung 30 kann eine untere Öffnung innerhalb der Heberleitung 44 unterhalb des Wasserspiegels, am Wasserspiegel oder über dem Wasserspiegel aufweisen. Obwohl dies nicht notwendig ist, ist es vorzuziehen, dass die Unterseite der Vakuumextraktionsleitung unter einem Winkel und somit nicht parallel mit der horizontalen endet; durch Abschließen der Leitung unter einem Winkel ist der Oberflächenbereich der Öffnung vergrößert, wodurch das "Starten" des Bohrlochgrabens verbessert wird. Bevorzugte Winkel der unteren Öffnung der Vakuumextraktionsleitung 30 reichen von ungefähr 10º bis ungefähr 80º mit Bezug zur Horizontalen, und liegen insbesondere bei ungefähr 45º mit Bezug zur Horizontalen, obwohl der Winkel auch außerhalb dieses Bereichs sein kann.
In Fig. 4 sind die Vorzugsströmungspfade 22, 24 und 26 voneinander durch Schichten mit relativ undurchlässigem Boden (oder Gestein) und innerhalb des Bohrlochs durch im Wesentlichen undurchlässige Dichtungen, die den undurchlässigen Bereich 46 der Heberleitung 44 umgeben, isoliert. Beispielsweise ist der Vorzugsströmungspfad 22 innerhalb des Bohrlochs 42 und der Heberleitung 44 durch Zementschlämmschichten 54a und 54b und durch Zementbentonitschichten 56a und 56b isoliert. Der Vorzugsströmungspfad 24 ist von den Vorzugsströmungspfaden 22 und 26 innerhalb des Bohrlochs 42 und der Heberleitung 44 durch Betonschlämmschichten 54b und 54c und durch Zementbentonitschichten 56b und 56c isoliert. Der innerhalb des Bohrlochs 42 angeordnete Sand 49 unterstützt die Zementbentonit- und Zementschlämmschichten innerhalb des Bohrlochs 42 und der Heberleitung 44. Andere geeignete oder gewünschte Materialien können ebenfalls zur gegenseitigen Isolierung der Vorzugsströmungspfade verwendet werden, wie etwa andere Schlämmzemente, Bentonitschlämme, nicht schrumpfende Epoxydmaterialien, hydraulische Zemente, Plastikmaterialien, Gummimaterialien oder dergleichen.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind am Ende des Extraktionsbohrlochs 28 an oder in der Nähe der Grundfläche eine oder mehrere optionale Lufteinlässe 31, die mit der Heberleitung 44 verbunden sind, angeordnet, wobei die optionalen Einlässe 31 vorzugsweise mit einem Durchflussmesser (nicht gezeigt) ausgestattet sind, der die Einführung mit Luft mit einem gewünschten Druck einschließlich eines Unterdrucks, Atmosphärendrucks oder erhöhten Drucks in die Heberleitung 44 zulässt. Wenn gewünscht wird, Luft mit Überdruck zuzuführen, kann Druckluft mittels einer zusätzlichen Pumpe (nicht gezeigt) durch Verbinden des Auslasses oder Austritts der Vakuumpumpe, die mit der Vakuumextraktionsleitung 30 verbunden ist, mit dem Lufteinlass 31 oder dergleichen zugeführt werden. Die Luftdurchflussrate durch den Lufteinlass 31 kann vom Bereich von nahezu Null bis zu einem beliebigen Wert unterhalb der CFM Nennkapazität (oder Kubikmeter pro Minute) der mit der Vakuumextraktionsleitung 30 verbundenen Vakuumpumpe reichen. Obwohl ein gewisser Luftstrom zum Starten des Systems wünschenswert ist, kann nach Ablauf einer gewissen Zeitdauer während des Prozesses der Luftstrom in gewissen Fällen auf Null reduziert werden, wobei in das Bohrloch keine Luft durch den Lufteinlass 31 eingeführt und ein maximales Vakuum an den Bodenbereich und das Wasser angelegt wird. Ferner kann die durch den Lufteinlass 31 zugeführte Luft bei Wunsch erwärmt werden, um das Extrahieren von gewissen Schadstoffen zu verbessern. Ferner kann der Lufteinlass 31 als ein Einlass für das Einführen anderer Materialien oder Chemikalien in die Heberleitung und den herausgeführten Materialstrom verwendet werden, da auf diese Weise eingeführte Chemikalien oder Materialien mit der Einlassluft durch die Heberleitung zu deren Ende strömen und anschließend mit dem Wasser-Luft-Gemisch durch die Vakuumextraktionsleitung 30 zurückströmen, wodurch diese chemisch oder anderweitig mit dem Wasser-Luft-Gemisch wechselwirken. Beispielsweise können Oxidations- oder Oberflächenreaktionsmittel oder andere Chemikalien für die Behandlung der wassergebundenen oder dampfgebundenen Schadstoffe, die durch die Vakuumextraktionsleitung entfernt werden, eingeführt werden. Zusätzlich werden in Situationen, in denen die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Biotransformationsprozess verwendet werden, wobei Bodenschadstoffe biologisch in neue Materialien durch Wechselwirkung mit Bakterien oder anderen biologischen Verfahren umgewandelt werden, ein Gaseinlass oder -einlässe verwendet, um in die Vakuumextraktionsleitung Nährstoffe für die Biotransformation, wie etwa Zellulose oder dergleichen, oder Stickstoff zur Verbesserung anaerober Prozesse oder Sauerstoff zur Verbesserung aerober Prozesse einzuleiten.
Die durch die Vakuumextraktionsleitung 30 herausgezogene Flüssigkeit ist vorzugsweise aber nicht notwendigerweise in einer Zweiphasenform, und zwar als Tröpfchen, Nebel und/oder Dampf, der in Flüssigkeit gelöst ist, im Gegensatz zu einer Schlammströmung. Eine Luftströmung durch das System wird durch einen oder mehrere der folgenden Punkte erreicht: Luft aus der ungesättigten (vadosen) Zone; Luft aus der entwässerten saturierten Zone; Luft aus einem oder mehreren der Lufteinlassmechanismen 31 mit Unterdruck, Atmosphärendruck oder Überdruck; Luft aus dem optionalen Gaseinlass oder -einlässen mit Atmosphärendruck oder Überdruck; und Luft, die durch einen Vorzugsströmungspfad eingeführt und über einen weiteren Vorzugsströmungspfad extrahiert wird. Es ist daher nicht notwendig, dass Luft vom Bodenbereich in der Nähe des Bohrlochs extrahiert wird. Im Allgemeinen wird eine hohe Dampf/Luft-Geschwindigkeit in dem System beibehalten. Die Luftströmungsgeschwindigkeit in der Vakuumextraktionsleitung sollte ausreichen, um Wasser in der Dampfphase als Tröpfchen von verschiedener Größe oder dergleichen, die in der Luft enthalten sind, zu tragen oder zu heben. Im Allgemeinen reichen Luftströmungsgeschwindigkeitswerte im Bereich von ungefähr 1 Fuß (0,3 m) pro Sekunde bis ungefähr 200 Fuß (61 m) pro Sekunde oder größer aus.
Die Vakuumextraktionsleitung 30 kann optional mit zumindest einem Gaseinlass 41 ausgestattet sein. Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist die Vakuumextraktionsleitung 30 mit einem einzelnen optionalen Gaseinlass 41 versehen. Genauer gesagt, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, mündet der optionale Gaseinlass 41 in die Vakuumextraktionsleitung 30 aus der Unterseitenöffnung der Vakuumextraktionsleitung 30. Alternativ (nicht gezeigt) kann der Gaseinlass 41 in die Vakuumextraktionsleitung 30 durch eine Öffnung an der Seite der Vakuumextraktionsleitung 30 münden. Der Gaseinlass 41 ist in Fluidverbindung mit einer Gaszufuhr, die entweder Atmosphärenluft oder ein anderes gewünschtes Gas sein kann, und mit einem optionalen Luftkompressor 43. Ein Tank, der komprimierte Luft enthält, kann ebenfalls als Gaszuführung dienen. Die Gaszuführung zum Gaseinlass 41 wird durch ein Ventil 45 gesteuert, und der Druck in dem Gaseinlass 41 kann bei Wunsch mit einem optionalen Druckmessgerät 47 überwacht werden. Ferner kann, wenn gewünscht, ein automatischer Kontroller zum Ein- und Ausschalten des Ventils 45 und/oder zum Steuern der Länge und/oder des Drucks der Vakuumextraktionsleitung 30 aus dem Gaseinlass 41 zugeführten Gases kann der Anordnung des Gaseinlasses 41 hinzugefügt werden.
Im Betrieb wird Gas in die Vakuumextraktionsleitung 30 entweder vor, während oder nachdem die Vakuumextraktionsleitung 30 mit Vakuum beaufschlagt ist, eingeführt, um eine Zweiphasenströmung innerhalb der Vakuumextraktionsleitung 30 zu beginnen. In der Ausführungsform, in der die Vakuumextraktionsleitung 30 mit einem einzelnen Gaseinlass 41, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, ausgestattet ist, wird das Gas durch den Gaseinlass 41 kontinuierlich zugeführt, wenn Vakuum an die Vakuumextraktionsleitung 30 angelegt wird, bis sich innerhalb der Vakuumextraktionsleitung 30 eine Zweiphasenströmung gebildet hat, und an diesem Punkt wird der Gasstrom durch den Gaseinlass 41 gestoppt. Die tatsächliche Dauer für die Zuführung von Gas durch den Gaseinlass 41 hängt von Faktoren ab, wie etwa der Tiefe des Bohrlochs, der Tiefe des Gaseinlasses 41 in dem Bohrloch, der Tiefe des in Vakuumextraktionsleitung 30 enthaltenen Grundwassers, den Abmessungen des Bohrlochs, der Vakuumextraktionsleitung 30 und des Gaseinlasses 41, dem durch den Gaseinlass 41 angelegten Druck des Gases und dergleichen. Typische Zeitdauern für Bohrlöcher mit 4 Inch Durchmesser, wobei ein Gas mit einem Druck von ungefähr 20 bis ungefähr 60 Pfund pro Quadratinch (13,8 N/cm² bis ungefähr 41,4 N/cm²) eingeführt wird, liegen bei ungefähr 15 bis 20 Sekunden, wenn der Grundwasserspiegel weniger als 15 Fuß (4,6 m) tief ist, und ungefähr 45 Sekunden, wenn der Grundwasserspiegel von ungefähr 18 (5,5 m) bis ungefähr 25 Fuß (7,6 m) tief ist. In einigen Fällen kann die Dauer zum Anlegen von Gas durch den Gaseinlass 41 5 Minuten oder länger sein.
In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die Vakuumextraktionsleitung 30 mit mehreren Gaseinlässen ausgestattet ist, wird typischerweise zunächst Gas durch den obersten Gaseinlass kontinuierlich eingeführt, wenn Vakuum an die Vakuumextraktionsleitung 30 angelegt wird, bis sich eine Zweiphasenströmung innerhalb der Vakuumextraktionsleitung 30 ab der Tiefe des obersten Gaseinlasses ausgebildet hat. Zu diesem Zeitpunkt wird die Gasströmung durch den in der Tiefe nächstliegenden Gaseinlass gestartet und beibehalten bis sich eine Zweiphasenströmung innerhalb der Vakuumextraktionsleitung 30 ab der Tiefe dieses Gaseinlasses ausgebildet hat. Anschließend wird der Gasstrom durch den in der Tiefe nächstliegenden Gaseinlass begonnen und beibehalten bis sich eine Zweiphasenströmung innerhalb der Vakuumextraktionsleitung 30 ab der Tiefe dieses nächsten Gaseinlasses gebildet hat. Die Gasströmung durch jeden Einlass kann beendet werden, sobald sich ab dieser Tiefe eine Zweiphasenströmung gebildet hat, obwohl es vorteilhaft ist, zumindest einen gewissen Überlapp zwischen dem Gasstrom durch einen Einlass und dem Gasstrom durch den in der Tiefe nächstliegenden Einlass beizubehalten, um sicherzustellen, dass die Zweiphasenströmung in der Vakuumextraktionsleitung zu keinem Zeitpunkt aufhört. Beispielsweise kann in einem speziellen Bohrloch Gas zunächst durch den obersten Gaseinlass für eine Dauer von ungefähr 10 Sekunden eingeführt werden, wobei sich danach eine Zweiphasenströmung innerhalb der Vakuumextraktionsröhre ab der Tiefe des höchsten Gaseinlasses einstellt, gefolgt von der Beibehaltung der Gasströmung durch den obersten Gaseinlass, wobei ebenfalls eine Gasströmung durch den in der Tiefe nächstliegenden Gaseinlass für eine Dauer von ungefähr 5 Sekunden ermöglicht wird, gefolgt vom Beenden des Stromes durch den obersten Gaseinlass, während der Gasstrom durch den in der Tiefe nächstliegenden Gaseinlass für eine Dauer von 15 Sekunden weitergeführt wird, wobei sich danach eine Zweiphasenströmung innerhalb der Vakuumextraktionsröhre ab der Tiefe des nächsten Gaseinlasses ausbildet, und so weiter für jeden beliebigen weiteren Einlass. Die Strömungsdauer durch jeden Einlass und der zeitliche Überlapp für die Strömungen zweier oder mehrerer Einlässe variiert innerhalb jedes Bohrlochs. Es ist jedoch ebenfalls möglich, einen Fluss durch jeden Einlass sequentiell zu starten, wobei kein Überlapp zwischen der Strömung eines Einlasses und der Strömung durch einen anderen Einlass stattfindet, oder eine Strömung in mehreren Einlässen in einer beliebigen nicht mit ansteigender Tiefe geordneten Reihenfolge zu beginnen. Ferner kann die Strömung durch mehrere Gaseinlässe gleichzeitig gestartet werden. Wenn gewünscht, kann die Strömungsdauer durch jeden Gaseinlass automatisch durch Betreiben jedes Gaseinlasses mittels eines Zeitkontrollsystems gesteuert werden.
Im Allgemeinen wird die Strömung durch den Gaseinlass oder die Gaseinlässe beendet, sobald der Zweiphasenvakuumextraktionsprozess wirkungsvoll begonnen hat. An diversen Zeitpunkten während des Extraktionsprozesses kann jedoch die Strömung durch die Vakuumextraktionsleitung 30 sich von der gewünschten Zweiphasenströmung zu einer anderen Strömungsform, wie etwa einem Massenstrom ändern. Zu diesem Zeitpunkt kann ebenfalls Gas durch den Gaseinlass oder Gaseinlässe 41 eingeführt werden, um den Strom in der Vakuumextraktionsleitung 30 wieder zurück zu der gewünschten Zweiphasenform zu bringen.
Der Gaseinlass oder die Gaseinlässe können einen beliebig geeigneten Aufbau aufweisen. Wie schematisch in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, mündet der Gaseinlass 41 in die Vakuumextraktionsleitung 30 durch eine Öffnung an der Seite der Vakuumextraktionsleitung 30 der unteren Öffnung der Vakuumextraktionsleitung 30. Obwohl nicht notwendig, ist es vorzuziehen, dass die Öffnung des Gaseinlasses 41 relativ nahe an der Innenwand der Vakuumextraktionsleitung 30 angeordnet ist, um beim Einführen von Luft in die Vakuumextraktionsleitung 30 durch den Gaseinlass 41 zum Hervorrufen einer Zweiphasenströmung von Gas und Flüssigkeit in der Vakuumextraktionsleitung 30 Reibungskräfte zu minimieren. Weitere geeignete Ausgestaltungen des Gaseinlasses 41 sind beispielsweise in US-A-5358357 offenbart.
Der optionale Gaseinlass oder die Gaseinlässe 41 können sowohl flexibel als auch steif sein und können aus einem beliebigen geeigneten Material wie etwa Polymere und Plastikmaterialien, einschließlich PVC, Teflon, Polyethylen, Polypropylen oder dergleichen, Metallen, wie etwa rostfreiem Stahl, galvanisiertem Stahl, Kupfer, Messing oder dergleichen oder einem anderen geeigneten Material, hergestellt sein. Der Gaseinlass oder die Gaseinlässe 41 können in einer beliebigen oder geeigneten Abmessung ausgestaltet sein, um den gewünschten Strömungsdurchfluss durch die Vakuumextraktionsleitung zu ermöglichen, und ändern sich typischerweise in Abhängigkeit von den Abmessungen der Vakuumextraktionsleitung, der Tiefe des Bohrlochs, der Art des Materials um das Bohrloch und dergleichen.
Es kann ein beliebiger gewünschter Druck zum Einführen von Gas in die Vakuumextraktionsleitung 30 durch den Gaseinlass oder die Gaseinlässe 41 verwendet werden. Typische Temperaturbereiche liegen von Atmosphärendruck außerhalb des Bohrlochs (wobei kein Luftkompressor benötigt wird) bis ungefähr 100 Pfund pro Quadratinch (69 N/cm²), wobei der bevorzugte Druckbereich von ungefähr 20 bis ungefähr 60 Pfund pro Quadratinch (13,8 N/cm² bis ungefähr 41,4 N/cm²), und noch bevorzugterweise von ungefähr 30 bis ungefähr 50 Pfund pro Quadratinch (20,7 N/cm² bis ungefähr 34,5 N/cm²) reichen, obwohl der Druck auch außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Größere Drücke führen rascher zu einer Zweiphasenströmung innerhalb der Vakuumextraktionsleitung und können ferner wünschenswerter bei etwas größeren relativen Wassertiefen sein (mit relativer Tiefe ist in diesem Beispiel die Differenz in der Tiefe zwischen dem Gaseinlass und dem Grundwasserspiegel innerhalb der Vakuumextraktionsleitung gemeint).
Es kann ein beliebiges gewünschtes Gas in die Vakuumextraktionsleitung durch den optionalen Gaseinlass oder die Gaseinlässe eingeführt werden. Als billigstes Gas wird Umgebungsluft gewählt. Ferner kann die durch den Gaseinlass oder die Gaseinlässe 41 eingeführte Luft, falls gewünscht, erwärmt werden, um das Herauslösen von einigen Schadstoffen zu verbessern. Ferner kann der Gaseinlass oder die Gaseinlässe 41 als ein Einlass zum Einführen anderer Materialien oder Chemikalien in die Heberleitung und den Extraktionsstrom zur chemischen oder anderweitigen Wechselwirkung mit dem Wasser-Luft-Gemisch verwendet werden. Beispielsweise können Oxidationsmittel oder Oberflächenreaktionsmittel oder andere Chemikalien für die Behandlung von wassergebundenen oder dampfgebunden Schadstoffen, die von der Vakuumextraktionsleitung herausgeführt werden, verwendet werden. Ferner, wenn die Vorrichtung und der Prozess der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Biotransformationsverfahren verwendet werden, wobei Bodenschadstoffe biologisch in neuen Materialien durch Wechselwirkung mit Bakterien oder anderen biologischen Prozessen umgewandelt werden, können der Gaseinlass oder die Gaseinlässe verwendet werden, um Nährstoffe für die Biotransformation, etwa Zellulose oder dergleichen, in die Vakuumextraktionsleitung eingeführt werden, oder es kann Stickstoff zur Verbesserung anaerober Prozesse oder Sauerstoff zur Verbesserung aerober Prozesse eingeführt werden.
Erneut mit Bezug zu den Fig. 3 und 4 wird der obere Bereich 46 der Heberleitung 44 von einer Dichtung umgeben, die einen gering durchlässigen Zementstoff, etwa Bentonitzement (54 in Fig. 3, 54a in Fig. 4) und unterhalb des Zements eine Bentonitdichtung (56 in Fig. 3, 56a in Fig. 4) umfasst. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, isolieren zusätzliche Dichtungen (Zusatz Zementschicht 54b und Zusatz Bentonitzementschicht 56b) den Vorzugsströmungspfad 23 von dem Vorzugsströmungspfad 24, und zusätzliche Dichtungen (Zusatz Zementschicht 54c und Zusatz Bentonitzementschicht 56c) isolieren den Vorzugsströmungspfad 24 von dem Vorzugsströmungspfad 26. Relativ gering durchlässiger Sand 49 ist innerhalb des Bohrlochs 42 zwischen den Dichtschichten angeordnet, um die Dichtungsschichten innerhalb des Bohrlochs zu stützen. Wenn Vorzugsströmungspfade absichtlich als Bruchbereiche geschaffen werden, ist ebenfalls vorzugsweise ein Sand 49 innerhalb der Bruchbereiche 22, 24 und 26 enthalten, um ein Einstürzen der Bruchbereiche zu verhindern. Der Bereich innerhalb des Bohrlochs 42, das den geschlitzten unteren Bereich 48 der Heberleitung 44 umgibt, und ein Teil des oberen Bereichs 46 über dem geschlitzten unteren Bereich 48 ist mit einem feinen körnigen Sand 49 gefüllt, um die Strömung von Gas und Flüssigkeit von dem umgebenden Erdbereich in die Heberleitung 44 zu erleichtern.
Ein Packer 61 ist zwischen der Vakuumextraktionsleitung 30 und der Heberleitung 44 vorgesehen und ist in der Lage, einen Teil des ringförmigen Raums zwischen dem äußeren Durchmesser und der Vakuumextraktionsleitung 30 und dem inneren Durchmesser der Heberleitung 44 auszufüllen und den Bereich unterhalb des Packers 61 von dem Bereich über dem Packer 61 im Raum zwischen der Vakuumextraktionsleitung 30 und der Heberleitung 44 zu isolieren. (Mit einem Teil des ringförmigen Bereichs ist gemeint, dass der Packer sich nicht über die gesamte vertikale Tiefe des Bohrlochs erstreckt, sondern einen vertikalen Bereich des Bohrlochs von einem anderen vertikalen Bereich des Bohrlochs isoliert.) Der Packer 61 kann ein beliebiger geeigneter Packer, Korb oder Dichtung sein, der es erlaubt, das aus der Vakuumextraktionsleitung 30 angelegte Vakuum von dem Bereich zwischen der Heberleitung und der Vakuumextraktionsleitung, die sich über dem Packer befindet, zu isolieren. In der Heberleitung 44 können ein oder mehrere Packer 61 vorhanden sein. Beispiele für geeignete Ausgestaltungen umfassen aufblasbare Bälle, feste Gummimaterialien, Plastik- oder Metallelemente, eine oder mehrere O-Ringe oder andere zylindrische Ringe, dynamische Packer wie etwa jene, die in hydraulischen Anlagen verwendet werden, Kolbenpacker, Stab- oder Schaftpacker, Stößelpacker, mit Federn vorgespannte Packer, Flanschpacker, verschachtelte V-Ringe, konische Ringe, weiche Packer, gerundete Packer, Plastikpacker, automatische Packer, Öldichtungen, pneumatische oder aufblasbare Packer und dergleichen. In einer Ausführungsform kann der Packer 61 betätigt werden, um zu ermöglichen, dass der Packer leicht innerhalb der Heberleitung 44 und/oder um die Vakuumextraktionsleitung 30 vor der Betätigung der Dichtung zwischen der Vakuumextraktionsleitung und der Heberleitung bewegt werden kann. Die Betätigung kann in einer beliebigen gewünschten Art und Weise, etwa das Füllen eines Balls mit einem Fluid (das eine Flüssigkeit, ein Gas, ein Gel oder dergleichen sein kann), Ausdehnen eines festen ausdehnbaren Materials oder dergleichen durchgeführt werden. Der Packer 61 kann entweder permanent oder entfernbar an entweder der Vakuumextraktionsleitung 30, der Heberleitung 44 oder an beiden angebracht sein, und kann sowohl stationär als auch in der Tiefe in der Lage innerhalb der Heberleitung veränderlich sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind eine oder mehrere Packer 61 an der Vakuumextraktionsleitung 30 befestigt und die Tiefe des Packers 61 innerhalb der Heberleitung 44 ist durch die Tiefe der Öffnung der Vakuumextraktionsleitung 30 innerhalb der Heberleitung 44 einstellbar. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind eine oder mehrere Packer 61 nicht permanent an der Vakuumextraktionsleitung 30 oder der Heberleitung 44 befestigt, sondern sind innerhalb der Heberleitung 44 um die Vakuumextraktionsleitung 30 schwebend angebracht und können unabhängig in der Tiefe innerhalb der Heberleitung 44 eingestellt werden. Ebenso geeignet sind jedoch andere Ausgestaltungen, beispielsweise ein oder mehrere Packer 61, die an der Heberleitung 44 angebracht sind, durch die die Vakuumextraktionsleitung 30 hindurchtritt und die es erlauben, die Tiefe der Vakuumextraktionsleitung 30 innerhalb der Heberleitung 44 einzustellen, oder entsprechend andere Ausgestaltungen. Optional kann der Gaseinlass 41, falls gewünscht (und wie schematisch in den Fig. 3 und 4 dargestellt), durch den Packer 61 hindurch gehen, um ein Einführen von Luft durch den Gaseinlass 41 in die Vakuumextraktionsleitung 30 an einer Tiefe unterhalb des Packers 61 zu ermöglichen. In ähnlicher Weise kann der optionale Lufteinlass 31, falls gewünscht (wie in den Fig. 3 und 4 schematisch dargestellt), durch den Packer 61 hindurch treten, um das Eintreten von Luft durch den Lufteinlass 31 in den Bereich zwischen der Vakuumextraktionsleitung 30 und der Heberleitung 44 in eine Tiefe unterhalb des Packers 61 zu ermöglichen.
In Bodenbereichen, wie sie schematisch in Fig. 3 dargestellt sind, in denen sich keine Vorzugsströmungspfade bisher ausgebildet haben, können die Öffnung der Vakuumextraktionsleitung 30 und die Tiefe des Packers oder der Packer 61 periodisch justiert werden, um die Ausbildung von Vorzugsströmungspfaden zu verhindern. Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, können, falls gewünscht, Bereiche der Heberleitung 44 optional zusätzlich voneinander mit zusätzlichen Dichtungen (in der dargestellten Ausführungsform die optionalen Zementschichten mit geringer Durchlässigkeit 54d, 54e und 54f und/oder optionale zusätzliche Bentonitabdichtungen 56d, 56e und 56f) isoliert werden. Es kann ein geeignetes undurchlässiges Material für die zusätzlichen Dichtungen verwendet werden. Die optionalen zusätzlichen Dichtungen können eine beliebige gewünschte oder effektive Dicke aufweisen, typischerweise im Bereich von einem Inch (2,54 cm) bis mehrere Fuß (Meter) vorzugsweise von ungefähr 2 Inch (5 cm) zu einigen Fuß (Meter) (aber weniger als die gesamte Tiefe des Bohrlochs), um eine Dampfströmung von einer isolierten Zone zur anderen zu verhindern. Diese zusätzlichen Isolationsdichtungen erzeugen isolierte Zonen innerhalb der Heberleitung 44 und können an gewünschten Intervallen über die vertikale Ausdehnung des Bohrlochs 42 angeordnet werden. Isolationselemente teilen Sand innerhalb des Bohrlochs und verringern oder verhindern das Anlegen von Vakuum an eine Zone innerhalb der Heberleitung 44, die über dem Packer 61 angeordnet ist. Es wird somit ein Druckgradient von außerhalb des Bohrlochs zu dem Gebiet innerhalb der Heberleitung 44 unterhalb des Packers 61 erzeugt. Ferner können, wenn gewünscht, zusätzliche Vakuumsonden 63 zwischen jeder isolierten Zone angeordnet werden, um das Vakuum unterhalb der isolierten Zone messen zu können und den Grad bestätigen oder quantifizieren zu können, mit dem die Zone über dem Packer 61 von dem Vakuum isoliert ist.

Claims

1. Verfahren zum Entfernen von Schadstoffen aus einem kontaminierten Bereich (13, 23) des Erdbereichs mit den Schritten:

Bereitstellen eines Bohrlochs (42) in dem kontaminierten Bereich;

Anordnen einer Heberleitung (44) mit einem oberen undurchlässigen Bereich (46) und einem unteren perforierten Bereich (48) in dem Bohrloch;

Bereitstellen eines betätigbaren Packers (61) in der Heberleitung;

Anlegen eines Vakuums an die Heberleitung, um Gase und Flüssigkeit aus dem Erdbereich in die Heberleitung unterhalb des Packers zu ziehen und sowohl Gase und die Flüssigkeit in einem gemeinsamen Strom an die Oberfläche zu transportieren;

dadurch gekennzeichnet, dass

das Verfahren ferner umfasst:

Anordnen einer Vakuumextraktionsleitung (30) in der Heberleitung, wobei die Vakuumextraktionsleitung eine Öffnung innerhalb des perforierten Bereichs aufweist, und wobei die Heberleitung und die Vakuumextraktionsleitung einen ringförmigen Raumbereich dazwischen bilden, wobei der Packer in einem Teil des ringförmigen Raumbereichs angeordnet ist;

Bereitstellen einer oberen Dichtung (54, 56) um den undurchlässigen Bereich der Heberleitung herum und zumindest einer Dichtung (54d, 56d-54f, 56f) um den perforierten Bereich (48) herum, die von der oberen Dichtung (54, 56) beabstandet ist;

Anordnen des Packers (61) an der untersten Dichtung der zumindest einen Dichtung (54d, 56d-54f, 56f) und Betätigen des Packers (61), um den Bereich des Bohrlochs (42) über der zumindest einen Dichtung (54d, 56d-54f, 56f) von einem Bereich unterhalb der zumindest einen Dichtung (54d, 56d-54f, 56f) zu isolieren;

Anlegen des Vakuums mittels der Vakuumextraktionsleitung, um Gase und die Flüssigkeit des Erdbereichs, der das Bohrloch unterhalb der zumindest einen Dichtung bildet, aber nicht aus dem Erdbereich, der das Bohrloch überhalb der zumindest einen Dichtung bildet, zu extrahieren und

Deaktivieren des Packers, um Gase und Flüssigkeit aus dem Erdbereich über und unter der zumindest einen Dichtung zu extrahieren, um nachfolgend den Erdbereich von unten nach oben zu sanieren.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Packer an der nächsten oberen Dichtung der zumindest einen Dichtung (54d, 56d-54f, 56f) angeordnet ist, nachdem der Erdbereich mit dem Packer an der untersten Dichtung der zumindest einen Dichtung (54d, 56d-54f, 56f) angeordnet saniert worden ist, und wobei der Packer aktiviert wird, um das Bohrloch unterhalb der nächsten oberen Dichtung von dem Bohrloch über der nächsten oberen Dichtung abzudichten.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Gas in die Heberleitung unterhalb des Packers eingeführt (41) wird, während an der Vakuumextraktionsleitung Vakuum angelegt wird.

4. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei das Erdbereich eine vadose Zone und einen Wasserspiegel aufweist, das Bohrloch sich in eine Tiefe unterhalb des Wasserspiegels erstreckt und die Perforationen der Heberleitung nur unter dem Wasserspiegel angeordnet sind; oder wobei das Erdreich eine vadose Zone und einen Wasserspiegel aufweist, wobei das Bohrloch sich zu einer Tiefe unterhalb des Wasserspiegels erstreckt und die Perforationen der Heberleitung sowohl in der vadosen Zone und unterhalb des Wasserspiegels angeordnet sind; oder wobei das Erdreich eine vadose Zone und einen Wasserspiegel aufweist und die Perforationen der Heberleitung lediglich in der vadosen Zone über dem Wasserspiegel angeordnet sind.

5. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kontaminierte Bereich des Erdbereichs einen Boden mit einer ersten Durchlässigkeit umfasst, wobei der Erdbereich mehrere Vorzugsströmungspfade aufweist, wobei jeder Pfad eine größere Durchlässigkeit als die erste Durchlässigkeit besitzt, wobei das Bohrloch zumindest einen ersten bevorzugten Strömungspfad und einen zweiten bevorzugten Strömungspfad schneidet, wobei der zweite bevorzugte Strömungspfad in einer größeren Tiefe als der erste bevorzugte Strömungspfad angeordnet ist, wobei der erste bevorzugte Strömungspfad von dem zweiten bevorzugten Strömungspfad isoliert ist, so dass ein innerhalb des zweiten bevorzugten Strömungspfads angelegtes Vakuum Gase und Flüssigkeiten aus dem zweiten bevorzugten Strömungspfad extrahiert aber nicht aus dem ersten bevorzugten Strömungspfad, wenn der Packer an einer Tiefe zwischen dem ersten bevorzugten Strömungspfad und dem zweiten bevorzugten Strömungspfad angeordnet ist.

6. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Packer hinsichtlich der Tiefe in seiner Position innerhalb der Heberleitung variabel ist; wobei der Packer betätigbar ist, eine Dichtung zwischen der Vakuumextraktionsleitung und der Heberleitung zu bilden und zu brechen; und wobei der Packer durch Aufblasen eines Balles mit einem Fluid, wobei das Fluid vorzugsweise ein Gas ist, betätigt wird.