DE69632140T2

DE69632140T2 - Methode und apparat zur unterirdischen biologischen sanierung

Info

Publication number: DE69632140T2
Application number: DE1996632140
Authority: DE
Inventors: B. William KERFOOT
Original assignee: Kv Associates Inc Falmouth; K-V Associates Inc
Current assignee: Kv Associates Inc Falmouth; K-V Associates Inc
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2016-11-16
Also published as: WO1997039984A1; ES2218606T3; DK0851843T3; ATE263737T1; EP0851843B1; EP0851843A4; CA2225744C; CA2225744A1; DE69632140D1; EP0851843A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG (Technisches Gebiet)
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur biologischen Sanierung zersetzter chlorierter Kohlenwasserstoffe in wasserführenden Bereichen, indem feinste Blasen eingeblasen werden, die für eine biologische In-situ-Grundwassersanierung aktiv werden, um zersetzte chlorierte Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel und zersetzte Kohlenwasserstoff-Mineralölerzeugnisse zu entfernen.
2. STAND DER TECHNIK
Der Bedarf einer Reinigung unterirdischer Laugen-Wassersäulen in wasserführenden Schichten und kontaminierten Stellen, wie insbesondere chemischen Reinigungen und militärischen Luftwaffenstützpunkten, ist allgemein erkannt worden. Der Anmelderin sind bekannte Vorrichtungen bekannt, bei denen das Einblasen von Luft für einen leichteren biologischen Abbau von Wassersäulen angewendet wird.
Im US-Patent Nr. 5,221,159 von Billings wird das Einblasen von Luft in wasserführende Schichten gezeigt, um den biologischen Abbau von Laugen-Wassersäulen, die biologisch abbaubare organische Stoffe enthalten, zu verstärken, wobei gleichzeitig Bodenmaterial abgesaugt wird, um andere schädigende Nebenprodukte der biologischen Sanierung zu entfernen.
Im US-Patent Nr. 5,269,943, METHOD FOR TREATMENT OF SOILS CONTAMINATED WITH ORGANIC POLLUTANTS, von Wickramanayake wird ein Verfahren zur Behandlung von durch organische Verbindungen verseuchtem Boden gezeigt, wobei ein Ozon enthaltendes Gas mit Säure behandelt wird, um die Stabilität des Ozons in der Bodenumgebung und das dem verseuchten Boden zugeführte behandelte Ozon zur Zersetzung der organischen Verbindungen zu erhöhen.
In der US 5,167,806 ist ein Verfahren zur Behandlung von Wasser in einem Behälter offenbart, durch das pathogene Mikroorganismen mittels Ozonbehandlung abgetötet werden.
In der JP-A-60 23 378 ist ein Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen in Wasser offenbart, wobei die Verunreinigungen zu Ozongasblasen umgewandelt und zur Oberfläche transportiert werden.
In der Zusammenfassung der JP 04-126542 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen feiner Blasen offenbart.
In der US 5,205,927 ist ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 offenbart.
In der US-Patentschrift Nr. 5,525,008, REMEDIATION APPARATUS AND METHOD FOR ORGANIC CONTAMINATION IN SOIL AND GROUNDWATER, von Wilson ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für die In-situ-Behandlung von mit organischen Schadstoffen kontaminiertem Boden und Grundwasser gegeben. Sie umfasst die Konzentration einer reaktiven Lösung, die für die Durchführung einer Behandlung des kontaminierten Bereichs erforderlich ist; das Einspritzen der reaktiven Lösung in eine oder mehrere Einspritzvorrichtungen, die in den Boden eingeführt, skaliert und positioniert werden, um so eine Strömung zu gewährleisten und der reaktiven Lösung den Durchfluss durch den kontaminierten Bereich zu erlauben, wodurch eine chemische Reaktion entsteht. Die reaktive Lösung ist vorzugsweise eine wässerige Lösung aus Wasserstoffperoxyd und Metallsalzen.
Im US-Patent Nr. 5,178,755, UV-ENHANCED OZONE WASTEWATER TREATMENT SYSTEM von LaCrosse wird mit Ozon behandelte Flüssigkeit in einem mehrstufigen Klärsystem mit zu behandelndem Abwasser vermischt und Schwebstoffe werden entfernt.
Es sind jedoch keine Verfahren zum kontrollierten Sanieren einer Stelle von biologisch schlecht abbaubaren organischen Stoffen, insbesondere zersetzten chlorierten Lösungsmittel mittels mikrofeiner Blasen, die ein Oxidationsmittels mit mehreren Gasen enthalten, gezeigt worden. Tatsächlich hat die Federal Agency (EPA, KERR Environmental Laboratory, ADA, Oklahoma), die für die Überprüfung der Säuberungsvorgänge bei der Marine Corp Air Base in Yuma, Arizona verantwortlich ist, festgestellt, dass es keine älteren Schriften gibt, in denen die Anwendung der vorliegenden Erfindung offenbart ist und hat unabhängige Pilottests angeordnet, um Testergebnisse liefern zu können, welche die durch die vorliegende Erfindung vorher gelieferten Ergebnisse bestätigen.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht dies, indem mikroporöse Luftverteiler zum Einblasen mikrofeiner Blasen, die verkapselte Oxidationsmittel mit mehreren Gasen enthalten, in wasserführende Bereiche verwendet werden. Diese mikrofeinen verkapselte Oxidationsmittel mit mehreren Gasen enthaltenden Blasen wirken, indem sie organische Stoffe in-situ von Lösungen abstreifen und biologisch schlecht abbaubare organische Stoffe schnell zersetzen, bzw. den biologischen Abbau von Laugen-Wassersäulen, die biologisch abbaubare organische Stoffe enthalten, beschleunigen, wodurch wenigstens einige der Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Durchblasverfahren und -vorrichtungen zum Einblasen von Oxidationsgas in Form von kleinen Blasen in wasserführende Bereiche, um eine In-situ-Sanierung von unterirdischen Laugen-Wassersäulen verstärken zu können.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Entfernen flüchtiger organischer Verbindungen in einer Bodenformation, umfassend:
das Einblasen von Luft, die ein Gas enthält, in die Bodenformation in Konzentrationen, die eine Entfernung flüchtiger organischer Verbindungen bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Ozon ist und dass die Ozon enthaltende Luft in Grundwasser einer unterirdischen wasserführenden Schicht als feine Blasen mit einer Anfangsblasengröße im Bereich von etwa 5 bis 200 μm eingeblasen wird, wobei das Ozon mit den flüchtigen organischen Verbindungen reagiert.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Einblasen eines Gases in wasserführende Bereiche zur Entfernung organischer Verbindungen durch Umsetzung mit Ozon, umfassend:
einen Gasentwickler zum Erzeugen eines Oxidationsmittels, das Ozon umfasst, zum Einblasen von Ozon enthaltender Luft in den wasserführenden Bereich;
ein Gehäuse;
einen Packer, der durch das Gehäuse führt;
einen Lufteinblasdurchlass durch den Packer und das Gehäuse, der an den Gasentwickler angeschlossen ist;
eine Pumpe, die durch das Gehäuse führt und oberhalb des Packers einen Einlass und unterhalb des Packers einen Auslass aufweist; und
einen mikroporösen Luftverteiler, der an den Gasentwickler angeschlossen ist, wobei der mikroporöse Luftverteiler einen Körper enthält, der einen porösen Teil mit einer Porengröße im Bereich von etwa 5 bis 200 μm aufweist.
Die im nachfolgenden beschriebenen Ausführungsformen betreffen insbesondere Durchblasverfahren und -vorrichtungen für den Einsatz mikroporöser Luftverteiler zum Einblasen mikrofeiner Blasen, die verkapselte Gasblasen enthalten, in wasserführende Bereiche, um den biologischen Abbau von Wasser-Laugensäulen, die biologisch abbaubare organische Stoffe enthalten, bzw. die Criegeesche Zersetzung von Wasser-Laugensäulen, die zersetzte chlorierte Kohlenwasserstoffe enthalten, zu unterstützen. Die Durchblasverfahren gemäß der im nachfolgenden beschriebenen Ausführungsform, die mikroporöse Luftverteiler zum Einblasen eines verkapselten Oxidationsmittels aus mehreren Gasen verwenden, sind insbesondere dahingehend nützlich, dass das Verfahren eine äußerst effiziente Entfernung biologisch schlecht abbaubarer organischer Stoffe, insbesondere zersetzter chlorierter Lösungsmittel, ohne Vakuumextraktion unerwünschter Nebenprodukte der biologischen Sanierung fördert und wobei die biologische Sanierung erfolgt, indem verkapselte Oxidationsmittel aus mehreren Gasen zum Zerstören organischer und kohlenwasserstoffhaltiger Materialien vor Ort eingesetzt werden, ohne dass kontaminierende Dämpfe freigesetzt werden.
Anders als beim Stand der Technik wird in das kontaminierte Grundwasser ein Gemisch aus Luft/Ozon eingeblasen, wobei mikrofeine Luftblasen die Lösungsmittel vom Grundwasser abstreifen und das verkapselte Ozon als ein Oxidationsmittel in einer Gas/Gas-Reaktion wirkt, um die Verunreinigungen in Kohlendioxid, sehr stark verdünntes HCL und Wasser zu zerlegen. Dieser Prozess ist als C-Sparge-Verfahren bekannt.
Die Einmaligkeit und Effizienz der Gas/Gas-Reaktion des vorliegenden Verfahrens, bei dem mikrofeine Blasen zur gleichzeitigen Extraktion/Zersetzung verwendet werden, ist im nachfolgenden beschrieben. Allgemein gesagt: die Entfernungsrate beträgt in der Kontrollbohrung ungefähr das Doppelte als in der Formation, wodurch sich die Strömung durch eine Kontrollbohrung um ungefähr das Doppelte angleicht als die der Formation auf Grundlage hydraulischer Leitfähigkeitsgegensätze (Wheatcraft, 1985). Zu beachten ist, dass die Entfernungsrate mit PCE, gefolgt von TCE und dann mit DCE in Erwartung der Gas/Gas-Reaktion am schnellsten ist. Die Steigung der Differenzen zwischen 1,5 m (5 Fuß} und 10,6 m (35 Fuß) ist ähnlich, obwohl Anfangs- und Endkonzentrationen variieren.
Einzigartigkeit und Effizienz der Änderung in Gas/Gas-Reaktionen des Creigee-Verfahrens (1950 zum ersten mal festgestellt) zusammen mit dem In-situ-Abstreifen mikrofeiner Blasen kann nicht genügend hervorgehoben werden. In der neueren Literatur (Masten und Hoigne, 1992) ist eine schlechte Reaktionsgeschwindigkeit von Ozon mit PCE gezeigt, wenn nur wässerige Reaktionen dominieren. Masten (1990) fand heraus, dass nur eine 40%ige Reduktion von PCE auftrat, verglichen mit einer 100%igen Reduktion von DCE, wenn die beiden Verbindungen wässrigen Lösungen ausgesetzt wurden, die mit 20–25 mg/l Ozon behandelt worden waren. Bevorzugte Zersetzungsraten bevorzugten PCE, gefolgt von TCE und dann DCE. Der mittels mikrofeiner Blasen verkapselte Ozondurchblasprozess (Sparging), der das Creigeesche Verfahren, C-Sparging, anwendet, erzeugt eine einzigartige Reaktion, die idealerweise für die schnelle Entfernung von PCE geeignet ist, was bislang schwer zu erreichen war.
Die Reaktionsfolge umfasst die Bildung eines Malozonits, gefolgt von einem Azonit, das sich beinahe sofort zu HCL, Co₂ und Wasser zersetzt, wenn das Azonit wässrig geworden ist.
Gesättigte Verbindungen wie TCA (Trichlorethen) oder DCE-Reaktionsraten können sich zersetzen, jedoch wesentlich langsamer, da durch das Creigeesche Verfahren keine Doppelbindung für die Reaktion gegeben ist. PCE> TCE> DCE> Vinylchlorid>, TCA> DCA.
Die Zersetzungsrate kann der beobachteten Zerfallsrate entnommen werden, wodurch die exponentielle Zerfallsfunktion erster Ordnung gelöst wird.
POE-Entfernungsrate C-Coe – ,138 t für 1,5 m (5 Fuß) Entfernung, C=Coe – .092 für die Zerfallrate bei der 10,6 m-Entfernung (35 Fuß), unter Verwendung der Luftraumanalyse.
ZERFALLRATEN (exponentiell über die Zeit) von Grundwasserproben 1,5 m (5 Fuß)-Bohrung 10,6 m (35 Fuß)-Bohrung 1,5 m (5 Fuß)-Bohrung 10,6 m (35 Fuß)-Bohrung
Im allgemeinen beträgt die Entfernungsrate in der Kontrollbohrung ungefähr das Doppelte als in der Formation, wodurch sich die Strömung durch eine Kontrollbohrung zu der der Formation basierend auf hydraulischem Leitfähigkeitskontrast verdoppelt (Weatcraft, 1985). Zu beachten ist, dass die Entfernungsrate am schnellsten bei PCE, dann bei TCE und schließlich bei DCE ist, wie bei der Gas/Gas-Reaktion zu erwarten. Die Rampe der Differenzen zwischen der 1,5 m-Entfernung (5 Fuß) und 10,6 m-Entfernungen (35 Fuß) ist ähnlich, obwohl Anfang und Konzentrationen variieren.
Die Verwendung mikroporöser Sparge^TM-Punkte^(t) zum Erzeugen feiner Blasen, die sandige Formationen leicht durchdringen können, so dass Flüssigkeit fließen kann, bietet unerwartete Vorteile, wenn sie bei Systemen mit mehreren Gasen angewendet werden. Mikrofeine Blasen erhöhen die Transferrate von PCE vom wässrigen zum gasförmigen Zustand. Durch den Anstieg der Blasen wird das PCE zur vadosen Zone weitergeleitet. Die zehnfache Differenz im Oberflächen-Volumen-Verhältnis von mikrofeinen Spargepoint^TM-Blasen verglichen zu Blasen von Bohrungsgittern führt zu einer vierfachen Verbesserung der Übertragungsraten. Um den gasförmigen Zustand daran zu hindern, in einen oberflächenlöslichen Zustand in der vadosen (ungesättigten) Zone zurückzukehren, leitet ein Mikroprozessorsystem ein Oxidationsgas durch die vadose Zone, um das transportierte PCE chemisch abzubauen.
Gasaustausch
Wenn Gasaustausch proportional zu verfügbarem Oberflächenbereich ist, wobei Teildrücke und Gemische flüchtiger Gase konstant gehalten werden, würde eine Halbierung des Blasenradius die Austauschrate vervierfachen (d. h. 4×). Wenn im besten Fall ein Standard-Bohrungsgitter Luftblasen der Größe einer mittleren Sandporosität erzeugt, dann erzeugt ein mikroporöser Luftverteiler von 20 μm Größe eine Blase von einem Zehntel (1/10) des Durchmessers und zehn mal des Volumen/Oberflächenverhältnisses.
TABELLE 2
Theoretisch weisen die mikroporösen Blasen eine Austauschrate auf, die zehnmal so hoch ist wie die Rate einer vergleichbaren Blase eines Standard-Bohrungsgitters mit 10 Schlitzen.
VERBESSERUNG DER PARTITIONIERUNG
Boden-Dampf-Konzentrationen beziehen sich auf die beiden Hauptsysteme: Wasserphase und (nichtwässrige) Produktphase. Henrys und Raoults Gesetze (DieGiulio, 1990) werden im allgemeinen angewandt, um Gleichgewichts-Dampf-Konzentrationen zu verstehen, welche die Verflüchtigung von Flüssigkeiten regeln. Wenn Böden feucht sind, hängt die relative Flüchtigkeit von Henrys Gesetz ab. Unter normalen Bedingungen (produktfrei), wobei flüchtige organische Kohlenstoffe (VOCs) relativ gering sind, wird angenommen, dass ein Gleichgewicht zwischen Boden, Wasser und Luft besteht. Das Gemisch, Tetrachlorethen (PCE), weist einen hohen Austauschkoeffizienten mit einem hohen Dampfdruck (atm) und eine geringe Wasserlösbarkeit (umole/l) auf. Durch Erhöhen der Austauschfähigkeit um wenigstens das Zehnfache sollte sich die Entfernungsrate wesentlichen erhöhen.
Ozon ist ein wirksames Oxidationsmittel, das für die Zerlegung organischer Verbindungen durch Wasserbehandlung verwendet wird. Das Hauptproblem der Wirksamkeit liegt in der kurzen Lebensdauer. Wird Ozon überirdisch mit Abwasser enthaltendem Wasser vermischt, beträgt die Halbwertzeit normalerweise Minuten.
Bei Beibehaltung der gasförmigen Form kann die Halbwertzeit von Ozon jedoch auf eine halbe Stunde verlängert werden. Durch Verwendung mikrofeiner Blasen als Extraktionsmittel werden chlorierte Lösungsmittel aus dem zersetzten Zustand in die gasförmige Form gezogen, wenn sie in die Ozonblasen eintreten. Das große Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis von kleinen Blasen beschleunigt a) die Austauschfläche und b) der Verbrauch von HVOC innerhalb der Blase maximiert den (C_S-C)-Term. In Wirklichkeit ist der Raten begrenzende Vorgang die flächenspezifische Diffusion (dominiert durch die Henrys Konstante), während die Zersetzungsreaktion schnell geschieht (vorausgesetzt, es ist genügend Ozon vorhanden).
Ozon reagiert schnell und quantitativ mit PCE, um Zerlegungsprodukte aus Chlorwasserstoffsäure, Kohlendioxid und Wasser zu erhalten.
Um die kurze Lebenszeit zu verschieben, könnte das Ozon mittels mikroporöser Luftverteiler eingeblasen werden, wodurch die Auswahlmöglichkeit der Wirkungsweise des Ozons vergrößert wird. Eine Verkapselung des Ozons in feine Blasen würde vorzugsweise ein Extrahieren flüchtiger Verbindungen wie PCE durch die Blasen aus den Gemischen lösbarer organischer Verbindungen bewirken. Die Ozonzerstörung organischer Stoffe würde dann flüchtige organische Stoffe zum Ziel haben, die selektiv in die feinen Luftblasen gezogen werden. Selbst in einem Grundwassergemisch mit hohem organischen Anteil wie verdünntes Abwasser könnte die Entfernung von PCE schnell erfolgen.
Die einzigartige Kombination aus Extraktion mikrofeiner Blasen und Ozonzersetzung kann dahingehend verallgemeinert werden, dass die flüchtigen organischen Verbindungen, die einer schnellen Entfernung unterliegen, vorhergesagt werden. Die Effek tivität der Extraktion ist direkt proportional zu Henrys Konstante, die als Zerstäubungskoeffizient für einen Gasaustausch (Kg) dient.
Bei der Behandlung von Abwasser besagt die Zweifilmtheorie des Gastransfers (Metcalf and Eddy, Inc, 1991), dass die Transferrate zwischen Gas- und Flüssigkeitsphase im allgemeinen proportional zum Kontakt-Oberflächenbereich und zur Differenz zwischen der bestehenden Konzentration und der Gleichgewichtskonzentration des Gases in Lösung ist. Einfacher gesagt: Wenn wir das Kontakt-zu-Volumen-Verhältnis vergrößern, erhöhen wir die Austauschrate. Wenn wir das in die Blase (bzw. durch einen Flüssigkeitsfilm an den Raum gebundene Mikropore) eingetretene Gas (VOC) verbrauchen, wird die Differenz auf einer höheren Eingangsrate gehalten als in dem Fall, in dem das VOC Sättigungsgleichgewicht erreichen darf. In unseren Fall, bei HVOC, PCE, wird dies durch die Verbrauchsgas/Gas-Reaktion von PCE zu Nebenprodukten von HCl, Co₂ und H₂O erreicht.
Die normale Gleichung für die Zweifilmtheorie des Gastransfers ist: (Metcalf and Eddy, 1991): Vm = Kg A(CS-C)wobei
Vm = Stoffaustauschrate
Kg = Gasdiffusionskoeffizient
A = Bereich, durch den Gas diffundiert
C_S = Sättigungskonzentration von Gas in Lösung
C = Gaskonzentration in Lösung
wobei die erneute Darstellung der Gleichung zur Betrachtung des Transfers nach innen der Phasenänderung vom gelösten HVOC zu gasförmigem HVOC im Innern der Blase wäre:
C_S = Sättigungskonzentration der Gasphase in der Blase
C = Startkonzentration der Gasphase im Blasenvolumen.
Tabelle 3 zeigt Henrys Konstanten (Hc) für eine ausgewählte Anzahl organischer Verbindungen und die Ratenkonstanten zweiter Ordnung (Rc) für radikalische Reaktionsrate von Ozon. In der dritten Spalte steht das Produkt aus beidem (REK). Als Reihenfolge der Effektivität. In der tatsächlichen Praxis ist die Diffusion Raten begrenzend, was zu der effektivsten Entfernung mit PCE (Tetrachlorethen) führt. TABELLE 3 KOEFFIZIENTEN DER ENTFERNUNGSRATEN FÜR DEN Mikrofeinblasen/Ozonprozess – C-Sparging
Rc·Hc = REK
ELIMINIEREN DER FORDERUNG NACH DAMPFEXTRAKTION
Die Forderung nach Dampfsteuerung besteht, wenn VOC-Dämpfe, die sich von der zersetzten Form in mikrofeine Blasen abgetrennt haben, die ungesättigte Zone erreichen, wodurch Dämpfe freigesetzt werden. Ohne Reaktion mit einem zersetzenden Gas wie z. B. Ozon kann in kurzer Zeit eine große Menge übertragen werden, wodurch in der Nähe von Kellerwohnungen gesundheitliche Probleme erzeugt werden können.
Durch den kombinierten Extraktions-/Zersetzungsvorgang kann die Anforderung nach Dampfaufnahme eliminiert werden. Wenn die Zersetzungsrate mit Ozon die vertikale Bewegungszeit übersteigt, werden keine Dämpfe erzeugt bzw. ihre Konzentration ist so gering, dass keine Aufnahme erforderlich wird. Durch Steuerung der Größe mikrofeiner Blasen und deren Anpassung an geeignete langsame Aufstiegszeiten wird die Forderung nach Dampfsteuerung eliminiert.
Die Aufstiegszeit für Blasen unterschiedlicher Größe wurde für Wasser berechnet, wodurch sich die aufwärts gerichtete Gravitationsgeschwindigkeit ergibt. Die Aufwärtsgeschwindigkeit liefert den Überdruck, um die Blasen durch das poröse Medium gemäß Darcys Gleichung zu drücken. Durch Timen der Aufstiegsgeschwindigkeit im Feld kann die Aufstiegszeit proportional zum Aufwärtsdruck berechnet werden. Die Blasengröße ist sehr wichtig. Sobald eine Blase größer ist als der Porenhohlraum, wird sie erheblich langsamer oder eingeschlossen. Durch Pulsen der Wasserphase wird eine erforderliche Erhöhung gegeben, um eine gleichmäßige nach oben gerichtete Migration zu gewährleisten und Verbindungen zu reduzieren.
ELIMINIERUNGSRATE VON PCE BEZOGEN AUF DEN OZONGEHALT
Die Reaktion von Ozon mit Tetrachlorethen (PCE) erzeugt Zersetzungsprodukte aus Chlorwasserstoffsäure, Kohlendioxid und Wasser. Wird die Ozonkonzentration so eingestellt, dass sie dem zersetzten PCE-Level entspricht, kann das PCE schnell ohne überschüssige Ozonfreisetzung in die Luft oder Freisetzung von PCE-Dampf in die ungesättigte Zone entfernt werden.
Demnach ist es die Aufgabe und der Zweck der vorliegenden Erfindung, mikroporöse Luftverteiler zur Entfernung von Verunreinigungen aus dem Boden und den dazugehörigen Grundwasser führenden Schichten zu schaffen, ohne dass ein Vakuum für eine Extraktion biologisch abbaubarer Nebenprodukte angelegt zu werden braucht.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, dass die Sanierung durch Zerstören organischer und kohlenwasserstoffhaltiger Materialien an Ort und Stelle ohne Freisetzung kontaminierender Dämpfe in die Atmosphäre erfolgt.
Die Erfindung wird zum Zwecke der Darstellung nur in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben, es wird jedoch festgestellt, dass der Fachmann weitere Änderungen, Modifikationen, Verbesserungen und Hinzufügungen der dargestellten Ausführungsformen durchführen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Bodenformation, welche die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine vergrößerte schematische Ansicht des Rohrnetzes der vorliegenden Erfindung gemäß 1, welche die einzigartige Herstellungskammer für feine Blasen zeigt.
3 ist ein schematischer Schaltplan für ein 3-Fachbohrungssystem (Modell 3503 bzw. 3603) der vorliegenden Erfindung nach 1.
4 ist ein Innenlayout des Steuermodulschranks für ein 3-Fachbohrungssystem (M-3503 bzw. M-3603) der vorliegenden Erfindung nach 1.
5A zeigt die Geometrie der Unterplatte des Steuermoduls, durch welche die externen Verbindungen und Öffnungen für drei Bohrungseinheiten (M-3503 & 3603) der Erfindung nach 1 identifiziert werden.
5B ist die linke Seitenansicht von 5A.
6 ist eine schematische Darstellung einer Bodenformation, die das Verfahren der vorliegenden Erfindung zeigt; und
7 ist eine alternative Ausführungsform einer mikroporösen Spargepoint-Anordnung der Erfindung nach 1.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einblasverfahren (Sparging) zum Einblasen von Oxidationsgas in Form von kleinen Blasen in wasserführende Schichten zur Verstärkung der biologischen In-situ-Sanierung unterirdischer Wasserlaugensäulen. Insbesondere verwendet die vorliegende Erfindung mikroporöse Luftverteiler, die mikrofeine Blasen, die verkapselte Gasblasen enthalten, in wasserführende Bereiche blasen, um die biologische Zersetzung von Wasserlaugensäulen, die biologisch abbaubare organische Materialien enthalten, oder eine Criegeesche Zersetzung von Wasserlaugensäulen, die zersetzte chlorierte Kohlenwasserstoffe enthalten, zu verstärken. Die vorliegende Erfindung erreicht dies, indem mikroporöse Luftverteiler verwendet werden, die Blasen aus mehreren Gasen, die ein Ozon-Oxidationsmittel enthalten, in wasserführende Bereiche einblasen, um biologisch schlecht abbaubare organische Stoffe in-situ abzustreifen und schnell zu zersetzen bzw. um die biologische Abbaubarkeit von Wasserlaugensäulen, die biologisch abbaubare Stoffe enthalten, zu beschleunigen, so dass zumindest einige der durch den Stand der Technik gegebenen Nachteile ausgeräumt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet Vorrichtungen, die aus einem Einblassystem bestehen, wobei das C-Sparger-System^TM auf die Entfernung zersetzter chlorierter Kohlenwasserstoffe wie z. B. Perc aus kontaminiertem Boden und Grundwasser führenden Schichten zu niedrigen Kosten gerichtet ist. Das C-Sparger-System^TM verwendet mikroporöse Luftverteiler, im folgenden Sparge Points^® genannt, zum Erzeugen mikrofeiner Blasen, die ein Oxidationsmittel enthalten, das chlorierte Kohlenwasserstoffe in harmlose Nebenprodukte zersetzt. Das C-Sparger-System^TM beinhaltet auch Pumpenmittel, um das Oxidationsgemisch aus mehreren Gasen durch den Sparge Point^® in Grundwasser in einer Bodenformation zu pumpen. Eine Kammer zum Erzeugen feiner Blasen verwendet einen mikroporösen Punkt zum Erzeugen von Blasen unterschiedlicher Größe, einen Timer zur Pumpverzögerung, bis sich große Blasen von kleinen Blasen über die Anstiegszeit getrennt haben, sowie eine Pumpe, welche die feinen Blasen und Flüssigkeit in die Formation drückt. Die Pumpeneinrichtung bewegt das Wasser intermittierend in der Bohrung, in der das C-Sparger-System^TM installiert ist, wodurch der normale kegelförmige Pfad der durch den Sparge Point in die Bodenformation eingeblasenen Blasen zerstört wird und diese wahllos verteilt werden, wodurch ein verbesserter Kontakt zwischen dem Oxidationsmittel (in jeder Blase enthalten) sichergestellt ist, indem der Schadstoff von der Lösung im Wasser in die in jeder Blase enthaltene Miniatmosphäre abgestreift wird. Durch Pulsen wird die Bewegung der Blasen durch die poröse Formation verstärkt. Durch das In-situ-Abstreifen und die Beibehaltung der geringen Lösungsgaskonzentration in den Blasen wird die Wirksamkeit und die Geschwindigkeit (und die sich ergebenen Kosten) der Sanierung einer Stelle erhöht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die mikroporösen Luftverteiler und verkapselten Oxidationsmittel aus mehreren Gasen ein Oxidationsgas, das in kleinen Blasen verkapselt ist, die von mikroporösen Luftverteilern so erzeugt worden sind, dass sie der Porosität des Bodens entsprechen. Ein einzigartiger Größenbereich für Blasen ist der unterirdischen Formationsporosität angepasst und erreicht die Doppeleigenschaft flüssigkeitsähnlicher Übertragung und schneller Extraktion ausgewählter flüchtiger Gase, wobei diese Größe so ausgewählt worden ist, dass sie nicht so klein ist, dass die vertikale Bewegbarkeit verloren geht. Um eine geeignete Anpassung erreichen zu können, ist vorher ein Auswerttest hinsichtlich der Effektivität der Flüssigkeitsübertragung an der zu sanierenden Stelle durchzuführen.
Der Vorteil der kontrollierten Wahl kleinen Blasengrößen fördert eine schnelle Extraktion ausgewählter flüchtiger organischer Verbindungen wie z. B. PCE, TCE oder DCE mit einem außerordentlich hohen Oberflächen-zu-Gasvolumen-Verhältnis. Die Doppelfähigkeit aus gepulstem Einblasen kleiner Blasen und Aufstiegszeit ist der kurzen Lebensdauer eines Oxidationsgases wie z. B. Ozon angepasst, um eine schnelle Verteilung in vorwiegend Wasser gesättigten geologischen Formationen sowie eine Extraktion und schnelle Zersetzung der flüchtigen organischen Materialien zu ermöglichen. Das einzigartige Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung schafft eine Extraktionseffizienz mit sich daraus ergebender Wirtschaftlichkeit der Arbeitsweise, indem der Kontakt mit einem Oxidationsmittel mittels selektiver schneller Extraktion maximiert wird, so dass optimale Fließfähigkeit gegeben ist, um eine Bewegung der Blasen wie eine Flüssigkeit durch Medien zu erlauben, die überwacht werden können.
Die Verwendung mikroporöser Sparging-Points schafft eine gleichmäßigere Verteilung von Luft in einer gesättigten Formation, als es bei der Verwendung von unter Druck stehenden Bohrungen der Fall ist. Ein zur Sanierung kontaminierten Grundwassers installiertes Sparge-System wird kosteneffektiver, indem verschiedene Teile des Wassersäulenbereichs in zeitlichen Abständen durchgeblasen werden. Durch geeignetes Anordnen von Durchblasstellen und regelmäßige Kontrollen kann jegliche mögliche Off-site-Migration von Schwebstoffen eliminiert werden. Bei im engen Abstand voneinander angeordneten Sparge-Points wird vorteilhafterweise ein Wasserdamm verwendet, um jegliches Entweichen von Verunreinigungen aus dem Bereich zu verhindern. Der Damm wird verwendet, um Schwebstoffe zu Extraktionsstellen zu führen. Bei der vorliegenden Erfindung sind die mikroporösen Luftverteiler und die verkapselten Oxidationsmittel aus mehreren Gasen, im folgenden C-Sparger^TM-Systeme genannt, entwickelt worden, um zersetzte organische Materialien und Lö sungsmittel (chlorierte Kohlenwasserstoffe) wie z. B. PCE, TCE und DEC aus dem kontaminierten Grundwasser zu entfernen. Die durch die Sparge-Points^® erzeugten mikrofeinen Blasen enthalten Sauerstoff und Ozon, wodurch die chlorierten Kohlenwasserstoffe zu harmlosen Gasen und schwachen Säuren oxidieren. Hohe Eingangskonzentrationen dieser zersetzten organischen Materialien sind unter einigen speziellen Umständen auf Level von 1 ppb oder weniger in Abständen von ein paar Wochen reduziert worden. Keines der heutigen Modelle ist für explosive Umgebungsbedingungen geeignet.
Die vorliegende Erfindung verwendet eine Vielzahl von Konfigurationen, die aus C-Sparge-Modellen der Serien 3500 und 3600 bestehen. Die Serie 3600 ist größer und hat eine größere Aufnahmefähigkeit. Insbesondere weist die Serie 3600 einen besseren Kompressor, der auf Dauerbenutzung eingestellt ist, einen größeren Ozonentwickler, einen zweiten Sparge-Point unter dem ersten in jeder Bohrung und eine Gasrohrleitung mit größerem Durchmesser auf. Beide Modellserien weisen Steuereinheiten auf, die zur Unterstützung dienen von: einer (Modelle 3501 und 3601), zwei (Modelle 3502 und 3602) und drei separaten Bohrungen (Modelle 3503 und 3603). Die Unterschiede zwischen den Modellen mit einer, zwei oder drei Bohrungen liegen in der Anzahl der Relais, Innenrohrleitung, Außendurchlässe und der Programmierung des Timers/Controllers.
Die normale Arbeitsweise von C-Sparger^TM-Systemen umfasst nacheinander für jede Bohrung die folgenden Funktionen auf zeitgesteuerter Basis: das Pumpen von Luft und Ozon durch Sparge-Points^® in die Bodenformation, das Pumpen von belüftetem/mit Ozon behandeltem Wasser in der Bohrung in die Böden und das Aufnehmen des behandelten Wassers an der Oberfläche. Der Behandlung folgt eine programmierbare Periode, während der keine externe Behandlung stattfindet und mehrere Bohrungen nacheinander behandelt werden. Durch die Bewegung mittels Pumpwasser wird der gewöhnlich umgekehrt kegelförmige Pfad der Blasen durch die Böden zerstört, so dass sie wesentlich breiter verteilt werden können. Dadurch wird der Kontakt erhöht und Effektivität und Geschwindigkeit der Sanierung stark verbessert. Das Auffangen von Dämpfen ist normalerweise nicht erforderlich.
Die Systeme der Serien 3500 und 3600 umfassen ein Steuermodul (Box), eine bis drei Bohrungsanordnungen, was von dem ausgewählten speziellen Model abhängt, eine 30 m (100 Fuß) lange Tauchpumpen-Treibgasleitung für jede Bohrung, einen Durchflussmesser (zur Überprüfung der Sparge-Point-Durchflussraten). Die Steuermodule der Serien 3500 und 3600 sind im Freien in günstigen und gemäßigten Umgebungen über längere Zeiträume hinweg erfolgreich eingesetzt worden. Das Steuermodul muss vertikal fest an 4 × 4 Pfählen oder einer Gebäudewand nahe der Bohrungen befestigt sein.
Die tatsächlichen Anordnungstiefen, Abtrennungen, Anzahl/Größe der Bohrungen und Gesamtgeometrie des Sanierungssystems können erheblich variieren. Design und Geometrie des gesamten Sanierungssystems können stark von Unterschieden der speziellen Schadstoffe, der Verteilung, des Erdbodens, des Grundwassers und der klimatischen Eigenschaften beeinflusst werden. Kontrollbohrungen werden gewöhnlich ebenfalls benötigt. Kurz gesagt: spezielle Umstände und Bedingungen sind oft kritisch, ein gattungsgemäßes bzw. typisches Gesamtsystem ist jedoch in 1 dargestellt.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Bodenformation, welche die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 zeigt ein Rohrleitungsschema und 3 ein elektrisches Schema für ein System mit 3 Bohrungen (Modell 3503 oder 3603). Die aktuellen Herstellungsserien 3500 und 3600 weisen innen einen Fehlerstrom-Schutzschalter sowie in verschiedene elektrische Bauelemente eingebaute Ausgleichspuffer auf. 4 zeigt ein Innenlayout der Steuermodulbox für ein System mit drei Bohrungen (M-3503 bzw. M-3603). 5 zeigt die Geometrie der Bodenplatte am Steuermodul, auf der sich die externen Anschlüsse und Durchlassöffnungen für die drei Bohrungseinheiten (M-3503 und 3603) befinden. Tabelle I enthält die technischen Hauptdaten für die Systeme der Serien 3500 und 3600. Die Zeichnung zeigt ein System mit einer Bohrung aus der Serie 3600 (M-3601). Bei der Serie 3500 gibt es keine Modelle mit unterem Sparge-Point^® mit mehreren Bohrungen (3502, 3503, 2602 und 3603), sondern nur die Bohrungseinheiten, die ein einzelnes Steuermodul verwenden.
Es ist allgemein erkannt worden, dass die Effektivität der Behandlung von der Gleichmäßigkeit der Gasverteilung abhängt, während sich das Gas durch die Formation bewegt. Eine poröse Struktur mit geeignetem Pack entspricht dem Zustand der Poren des Erdreichs bei einer Porenverteilung von dreißig Prozent (30%). Die Dispersion von Blasen als Flüssigkeit kann mit Hilfe der Darcyschen Gleichung überprüft werden.
Die Verwendung mikroporöser Materialien im „Sparge-Point^®" 26, um Gase in mit Grundwasser gesättigte Formationen einzublasen, weist aus folgenden Gründen besondere Vorteile auf:

1. passende Permeabilität und Kanalgröße;
2. passende Porosität;
3. erhöhte Fließfähigkeit, die in-situ bestimmt werden kann.

Der effektivste Bereich des Porenraums für das gewählte Luftverteilungsmaterial ist abhängig von der Art der lockeren Formation, in die eingeblasen werden soll, folgendes dient jedoch als allgemeine Anleitung:

1. Porosität porösen Materials: dreißig Prozent (30%);
2. Porenraum: 5–200 μm;
a. 5–20 sehr feiner Siltsand;
b. 20–50 mittlerer Sand
c. 50–200 grober Sand und Kies.

Der zwischen dem Sparge-Point 26 und natürlichem Material angeordnete umgebende Sandpack zum Füllen des Bohraushubbereichs sollte ebenfalls hinsichtlich der Kanalgröße kompatibel sein, um ein Zusammenwachsen der erzeugten Blasen zu verhindern.
Der Permeabilitätsbereich für ein Einführen von Flüssigkeit ohne Bruch wäre wie folgt:

1. 10^0,2 bis 10^0,6 cm/sec, entsprechend 2 bis 2000 Darcys; oder
2. 20^0,2 bis 10^0,6 cm/sec; oder
3. 30-0-003 m/Tag (100 bis ,01 Fuß/Tag) hydraulische Leitfähigkeit.

Permeabilität ist das Maß für die leichte Bewegung eines Gases durch den Erdboden. Die Fähigkeit eines porösen Bodens, jegliche Flüssigkeit, einschließlich Gas, durchzulassen, hängt von seinem Innenwiderstand gegen Strömung, größtenteils vorgegeben durch die Anziehungskräfte, Adhäsion, Kohäsion und Viskosität ab. Da das Oberflächen-zu-Porosität-Verhältnis mit der Verkleinerung der Teilchengröße zunimmt, ist die Permeabilität oft mit der Teilchengröße verwandt.
AUSSTATTUNG
Die Figuren zeigen eine C-Sparge-Einheit, die aus einem mikroporösen Luftverteiler zusammen mit einem verkapselten Oxidationsmittel 10 aus mehreren Gasen besteht, wobei das System 10 aus einer Master-Einheit 12 und einer oder mehreren Sparging-Einheiten 14 in den Bohrungen besteht. Jede der Master-Einheiten 12 kann insgesamt bis zu drei Bohrungen gleichzeitig bedienen und einen Bereich von bis zu 15 m (50 Fuß) Breite und 30 m (100 Fuß) Länge behandeln. Die tatsächliche Leistung hängt von den örtlichen Bedingungen ab. Eine Dampfaufnahme ist normalerweise nicht erforderlich. Bei der bevorzugten Ausführungsform wie sie in 1 dargestellt ist, besteht die Master-Einheit 12 aus folgendem: einem Gasentwickler 16, einem Kompressor 18, einer Pumpensteuerung 20, einem Timer 22, Gaszufuhrleitungen 15 sowie einer Stromquelle 19. Die Master-Einheit 12 muss fest an 4 × 4 Pfählen 40 o der einer Gebäudewand 42 in der Nähe der Bohrungen befestigt sein. Ein Hochspannungskabel 44, das nicht länger ist als 15 m (50 Fuß), kann zwischen Stromquelle und Master-Einheit 12 verlaufen.
Nach den Figuren besteht die Sparging-Einheit 14 in den Bohrungen aus folgendem: fixes Dichtungsteil 24, Luftverteiler, im folgenden „Sparge-Point^®TM" 26 genannt, Wasserpumpe 28, Luft/Ozonleitung 30, Rückschlagventil 32, und Anschlussstücke 34. Die Zeichnung zeigt den „Sparge-Point^®TM" 26, der einen mikroporösen Luftverteiler anstelle eines Standard-Bohrungsgitters mit 10 Schlitzen verwendet, um die Blasendispersion durch den Erdboden und die Gasaustauschrate zu erhöhen. Ein normales 10-Schlitz-Bohrungsgitter aus PVC weist einen offenen Beeich von ungefähr zwölf Prozent (12%) auf. Unter Druck entweicht die meiste Luft durch die oberen Schlitze und breitet sich sternenförmig und durchbrochen nach außen aus, wodurch ein Durchbrechen der Formation bewiesen ist.
Sparge-Points umfassen mehrere einzigartige Konfigurationen wie folgt:

a. direkter Ersatz für Bohrungsgitter, 30% Porosität, 5–50 μm Kanalgrößenwiderstand gegen Strömung nur 7–20 Kpa (1 bis 3 PSI), großvolumige Strömung möglich, selektiver kreisförmiger Pack erforderlich (auf Formation angepasst). Hochdichtes Polyäthylen bzw. Polypropylen ist leicht, robust, kostengünstig.
b. Luftverteiler auf Ende der Steigleitung mit engem Durchmesser KVA 14-291. Reduziert die Verweilzeit in der Steigleitung.
c. Abgeschirmter mikroporöser Luftverteiler, der mittels eines Schwinghammers manuell oder hydraulisch eingeführt wird. Das mikroporöse Material wird um eine perforierte Innenrohrleitung aus Metall (Kupfer) gegossen und an einer Verankerung befestigt, die den Sparge-Point herauszieht, wenn der Schutzeinführschaft zurückgezogen wird. Die Einheit ist mit der Oberfläche durch ein Polypropylenrohr (4,8 oder 6,4 mm (3/16 bzw. ¼ Inch)) mit einer Rohrverschraubung verbunden.
d. Dünner Sparge-Point mit gegossener Rohrleitung kann nach unten in einen engen Schaft eingeführt werden, um durch Stoß- oder Schwingwerkzeuge mit abnehmbaren Punkten verwendet werden zu können. Der Schaft wird in die gewünschte Tiefe geschoben, dann der Sparge-Point eingeführt, der Schaft wird nach oben gezogen, wodurch der abnehmbare Antriebspunkt herausgezogen und der Sparge-Point freigelegt wird.
e. Die mikroporöse Luftverteiler/Pumpenkombination ist so innerhalb eines Bohrungsgitters angeordnet, dass Blasenproduktion und Pumpen sequentiell mit Verzögerung erfolgen, die eine Trennung großer Blasen von den gewünschten feinen „Champagner"-Blasen ermöglicht. Der Druck von der Pumpe darf den Gegendruck der Formation versetzen, so dass ein Einblasen der übrigen feinen Blasen in die Formation erlaubt ist.

VERBESSERUNGEN
Bei der vorliegenden Erfindung umfasst die Verbesserung mehrere neue Ausrüstungsdesigns in Zusammenhang mit den Sparge-Points. Am wichtigsten ist der Vorschlag für HDPE poröses Material mit Bohrungsanschlüssen und der Durchlass, der individuellen Druck und Strömungssteuerung wie in 7 dargestellt ermöglicht.
Zweitens können die Schubmessfühlerpunkte mit pneumatischen Werkzeugen verwendet werden, anstatt Stangenbohrer in Steuerungen einzuführen, wobei die rechtwinklige Spiegelbohrlochanordnung besser geschützt sein muss.
Verbesserungen des C-Spargers/mikroporösen Sparge-Points. Eines der Hauptprobleme hinsichtlich Durchlass bei Sparge-Points beim horizontalen Durchblasen besteht in der gleichmäßigen Verteilung von Luftblasen. Wenn der Zufluss am Ende eines Gitters befestigt wird, fällt der Druck kontinuierlich, während Luft vom Gitter freigesetzt wird. Die sich daraus ergebende Verteilung der Strömung bewirkt, dass die meisten Blasen da erzeugt werden, wo der Anschluss der Strömung nach außen abwechselt. Am Ende des Gitters werden wenige oder keine Blasen erzeugt.
Um eine gleichmäßige Verteilung von Blasen zu ermöglichen, sind entweder einzelne Sparge-Points gebündelt (Isolierschlauchanschluss) oder die Sparge-Points sind auf eine einmalige Weise so konstruiert, dass Intervall-Rohranschlüsse mit Strömungs- und Drucksteuerung für jeden Sparge-Point-Bereich mit der vorgeschlagenen Anordnung möglich sind, Rohranschlüsse, zu Sparge-Points verläuft innen durch den Sparge-Point, ohne die Funktion des Erzeugens kleiner Blasen an einer glatten Außenfläche (2) zu stören, wobei durch die Einführung des Rohres das innere Gasvolumen des Sparge Points reduziert wird, wodurch die Verweilzeit für Oxidationsgase reduziert wird (wichtig, da Ozon nur eine bestimmte Lebensdauer vor der Zersetzung hat), so dass 3 bis 4 Sparge-Points gleichzeitig mit gleicher Strömung und gleichem Druck bedient werden können. Jeder der Sparge-Points kann auch so programmiert werden, dass er an einem zeitlich gesteuerten Sequencer pulst, wodurch Kosten für Elektrizität eingespart werden und bestimmte einmalige vertikale und horizontale Blasenmuster erlaubt sind. Sparge-Points können mit einem F480-Gewinde mit innerem Bypass und Rohrverschraubungen angeschlossen werden:
Vorteile

(2) passend für Standard-Bohrungsgitter;
(3) individuelle Strömungs-/Drucksteuerung möglich;
(4) Reduzierung der Verweilzeit;
(5) Casing/sparge möglich anstelle von kontinuierlichem Rühren.

Verwendung von einblasbaren Punkten folgender Form: 450 mm (18 Inch), 10 mm (0,40 Inch), HDPE gegossen zu 4,6 mm (1/4 Inch) pp-Rohrleitung oder HDPE-Rohrleitung erlaubt das Einführen des glatten Rohres in den Schubmessfühler mit abnehmbarem Punkt. Verwendung von abgepackten „Bullet" Sparge-Points: mit KVA „schweres System" abgepackter Sandzylinder und Bentonit-Zylinder, die über der Rohrleitung und dem porösem Punkt angeordnet sind. Auch Verwendung eines porösen Punktes, der mit einem inneren Metallrohr (perforiert) verstärkt ist, um einen Widerstand über die gesamte Rohrleitung von Kunststoff während des Einführens zu erlauben.
Verwendung von Druck-/Strömungsheadern: Rodometer/Spiegel: Spiegelanordnung für glatt abschließende Rotometer (Strömungsmesser), erlaubt vertikales Abwärtslesen und steuert das Wegfließen seitlicher Linien zur Einstellung auf Gegendruck von unterschiedlichen Formationsarten (Schlamm, Sand, Kies) unten.

Claims

Verfahren zur Entfernung flüchtiger organischer Verbindungen in einer Bodenformation umfassend das Einblasen von Luft, die ein Gas enthält, in die Bodenformation in Konzentrationen, die eine Entfernung flüchtiger organischer Verbindungen bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Ozon ist und dass die Ozon enthaltende Luft in Grundwasser einer unterirdischen wasserführenden Schicht als feine Blasen mit einer Anfangsblasengröße im Bereich von etwa 5 bis 200 μm eingeblasen wird, wobei das Ozon mit den flüchtigen organischen Verbindungen reagiert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Größe der feinen Blasen einer Porositätscharakteristik der Bodenformation entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Einblasen ferner das Bereitstellen einer Vielzahl von Einblasbohrungen und das Einführen der Umgebungsluft und des Ozons als feine Blasen zwischen etwa 5 bis 200 μm durch die Einblasbohrungen umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 3, das ferner das intermittierende Bewegen von Wasser in der Bohrung umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner das periodische Pulsieren der eingeblasenen Ozon enthaltenden Luft umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Einblasen ferner das Mischen der Umgebungsluft mit dem Ozon umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Einblasen ferner umfasst: das Mischen der Umgebungsluft mit dem Ozon und das Fördern der Umgebungsluft und des Ozons durch eine Vielzahl von mikroporösen Luftverteilern, um feine Blasen aus Umgebungsluft und Ozon herzustellen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die flüchtigen organischen Bestandteile in der Bodenformation durch Wechselwirkung von Ozon mit Doppelbindungskohlenstoffatomen der flüchtigen organischen Verbindungen abgebaut werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die feinen Blasen eine Anfangsblasengröße zwischen wenigstens 50 bis 200 μm aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die feinen Blasen eine Anfangsblasengröße zwischen wenigstens 20 bis 50 μm aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die feinen Blasen eine Anfangsblasengröße zwischen wenigstens 5 bis 20 μm aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: Bereitstellen einer Vielzahl von Einblasbohrungen und Einblasen der Umgebungsluft und des Ozons als feine Blasen durch die Einblasbohrungen, wobei für jede der Vielzahl von Einblasbohrungen ein entsprechender mikroporöser Luftverteiler verwendet wird; Umgeben der mikroporösen Luftverteiler mit einem Sandpack, der zwischen den mikroporösen Luftverteilern und der umgebenden Bodenformation angeordnet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Entfernung der flüchtigen organischen Verbindungen ohne Dampfextraktion stattfinden kann.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner das Bewegen mit gepumptem Wasser umfasst, um die Blasen in der Bodenformation zu verteilen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Bodenformation chlorierte Kohlenwasserstoffe umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Bodenformation organisches und Kohlenwasserstoffmaterial enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die flüchtigen organischen Verbindungen chlorierte Lösungsmittel umfassen, einschließlich Dichlorethen, Trichlorethen und/oder Tetrachlorethen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die mikroporösen Luftverteiler zum Erzeugen der feinen Blasen eingesetzt werden und worin die mikroporösen Materialien der mikroporösen Luftverteiler eine Porengröße aufweisen, die derart ausgewählt wird, dass sie zu einer Porositätscharakteristik der umgebenden Bodenformation passt.
Verfahren gemäß Anspruch 18, worin die mikroporösen Materialien der mikroporösen Luftverteiler eine Porengröße aufweisen, die derart ausgewählt wird, dass sie zu einer Porositätscharakteristik und einer Permeabilitätscharakteristik der umgebenden Bodenformation passt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die mikroporösen Luftverteiler zum Erzeugen der feinen Blasen eingesetzt werden und worin die mikroporösen Materialien der mikroporösen Luftverteiler eine Porengröße aufweisen, die derart ausgewählt wird, dass sie zu einer Permeabilitätscharakteristik der umgebenden Bodenformation passt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: Erzeugen von einem Oxidationsmittel, das Ozon in Konzentrationen enthält, die eine Entfernung von Verunreinigungen bewirken; Mischen der Umgebungsluft mit Ozon zur Herstellung der Ozon enthaltenden Luft.
Vorrichtung zum Einblasen eines Gases in wasserführende Bereiche zur Entfernung flüchtiger organischer Verbindungen durch Umsetzung mit Ozon umfassend: einen Gasentwickler zum Erzeugen eines Oxidationsmittels, das Ozon umfasst, zum Einblasen von Ozon enthaltender Luft in den wasserführenden Bereich; ein Gehäuse; einen Packer, der durch das Gehäuse führt; einen Lufteinblasdurchlass durch den Packer und das Gehäuse, der an den Gasentwickler angeschlossen ist; eine Pumpe, die durch das Gehäuse führt und oberhalb des Packers einen Einlass und unterhalb des Packers einen Auslass aufweist, und einen mikroporösen Luftverteiler, der an den Gasentwickler angeschlossen ist, wobei der mikroporöse Luftverteiler einen Körper enthält, der einen porösen Teil mit einer Porengröße im Bereich von etwa 5 bis 200 μm aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 22, die ferner ein Auslassgitter umfasst, das mit dem Gehäuse verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 23, worin das Auslassgitter mit einem unteren Teil des Gehäuses verbunden ist und wobei die Vorrichtung ferner ein Einlassgitter umfasst, das mit einem oberen Teil des Gehäuses verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 22, die ferner einen Kompressor umfasst, der an den Gasentwickler angeschlossen ist, um unter erhöhtem Druck das Gas an das Auslassgitter und den mikroporösen Luftverteiler zu liefern.
Vorrichtung gemäß Anspruch 22, worin der mikroporöse Luftverteiler außerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 22, worin der mikroporöse Luftverteiler innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 22, worin der mikroporöse Luftverteiler ein erster mikroporöser Luftverteiler ist, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und worin die Vorrichtung ferner einen zweiten mikroporösen Luftverteiler umfasst, der unterhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 22, worin das Gehäuse und Vorrichtung innerhalb einer Bohrung angeordnet ist, wobei die Bohrung an einer Stelle bereitgestellt ist, die einen wasserführenden Bereich aufweist, und worin die Vorrichtung ferner umfasst: ein Auslassgitter, das in dem wasserführenden Bereich angeordnet ist, und ein Einlassgitter, dass über dem Auslassgitter angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 29, die ferner Bewegungsmittel zum periodischen Bewegen von Wasser in der Bohrung umfasst.