DK159070B

DK159070B - Fremgangsmaade til isolering af skadelige stoffer i jordlag

Info

Publication number: DK159070B
Application number: DK130284A
Authority: DK
Inventors: Rudolf Burkhardt; Hansjuergen Hass
Original assignee: Dynamit Nobel Ag
Priority date: 1983-04-12
Filing date: 1984-02-29
Publication date: 1990-08-27
Also published as: JPH0438847B2; DK159070C; EP0121808A2; EP0121808B1; EP0121808A3; DE3313034A1; DK130284D0; DK130284A; DE3478625D1; JPS59199922A; CA1225017A; US4645382A; DE3313034C2

Description

i

DK 159070 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til isolering af skadelige stoffer, der kan bringe grundvandet i fare, således som nærmere angivet i krav l's indledning.

5 Det er kendt, at en indtrængen af skadelige stoffer i jordlag kan forurene grundvandet, især når jordlagene er sandede og væskegennemtrængelige, og dermed bringe drikkevandsforsyningen i fare. En sådan indtrængen af væske, der kan bringe grundvandet i fare, skyldes ofte 10 uheld, men ikke sjældent ældre, ikke-sagkyndigt udførte oplagringer, hvorfor der må træffes foranstaltninger til at afgrænse indtrængningsstedet.

En særlig stor risiko for grundvandsforurening udgør ikke-vandige væsker med stor specifik vægt, f.eks. chlorcar-15 bonhydrider, der synker helt ned til grundvandssålen, samt vandopløselige substanser, f.eks. phenoler og vandige opløsninger af skadelige stoffer, som ved indtrængen i grundvandet straks opløses og medfører høje koncentrationer af skadelige stoffer.

20 Fra "Proceedings Nat. Conf. on Control of Hazardous

Materials Spills", Louisville, Kentucky, USA, 13.-15. maj 1980, side 421-426, kendes en fremgangsmåde af den indledningsvis nævnte art, hvori området med det skadelige stof omsluttes ved hjælp af en lodret tætningsvæg, der 25 indeholder bentonit eller ler, og som forneden er forbundet med det grundvandsledende lags sål eller gulv, almindeligvis et tæt lerlag. Ved denne fremgangsmåde tætnes sålen ved indpresning under højt tryk af et slam bestående af bentonit eller bentonit og jord.

30 De anvendte injektionsmidler eller tætningsvægmasser yder ganske vist en tilstrækkelig tætning over for vand, men over for vandige opløsninger af skadelige stoffer eller forskellige organiske væsker, som f.eks. chlorcarbon-hydrider, yder de ikke nogen tilstrækkelig tætnings-

DK 159070 B

2 virkning og udviser en utilstrækkelig holdbarhed. Endvidere vil allerede store sten, navnlig ved injektion ved hjælp af højtryksstråler, forhindre højtryksstrålens 5 vandrette fremtrængen og derved bevirke dannelsen af ikke-tætnende steder i sålen.

Det er derfor opfindelsens formål at udvikle et tætningssystem, der er egnet til indeslutning af skadelige stoffer i gennemtrængelige jordlag, og som er praktisk taget 10 uigennemtrængeligt, ikke alene for vand, men også for flydende, ikke-vandige skadelige stoffer og vandige opløsninger af skadelige stoffer.

Denne opgave løses ved hjælp af en fremgangsmåde af den indledningsvis angivne art, som ifølge opfindelsen er 15 ejendommelig ved de i krav l's kendetegnede· del angivne foranstaltninger.

Med en injektionssål skal der ifølge opfindelsen forstås et ved hjælp af kendte metoder indført lag, der i alt væsentligt består af alkalimetalsilikater, hvori der er 20 indblandet alkylalkoxysilaner. Som alkalimetalsilikater skal her forstås de som "vandglas" kendte kalium- og navnlig natriumsilikater. På grund af deres fremstillingsmåde foreligger de som vandige opløsninger med forskelligt indhold af alkalimetaloxid og Si02· De 25 anvendes derfor i form af sådanne vandige opløsninger, idet det foretrækkes at anvende koncentrerede opløsninger med en tæthed på ca. 1,25 til 1,40, svarende til 30 til 43° Be. Det er imidlertid også muligt at anvende mere fortyndede opløsninger, alt afhængigt af den. ønskede 30 geleringstid. Foretrukne trialkoxysilaner er n-propyl-, isopropyl- og isobutyl-alkoxysilaner. Alkoxygrupperne kan også delvis foreligge i hydrolyseret form som OH-grupper.

3

DK 159070 B

Mængden af silanen i den blanding, der danner injektionssålen, afhænger af silanens molvægt, af vandglasopløsningens Si02-indhold og af blandingens ønskede geleringstid. For blandinger med en vandglasopløsning på fra 10 til 90 volumen-% 5 og fra 30 til 40°Bé (d^20 = 1,25-1,4) og geleringstider på fra 30 til 300 minutter udgør denne mængde 20 til 140 g pr. 1 blanding, svarende til et mol-forhold silan: Si02 på (0,05 til 0,28):1.

Indføringen af den geleringsdygtige blanding af vandglas og 10 alkylalkoxysilaner i jordbunden sker på i sig selv kendt måde ved hjælp af kendt udstyr til jordbundsinjektioner og de til dannelse af tætningsvægge prøvede metoder. Disse foranstaltninger kan udføres fra jordoverfladen. Herunder skal injektionerne udføres på en sådan måde, at der under skade-15 stedet dannes et vandret eller tilnærmelsesvis vandret lag af injektionsmaterialet, der slutter tæt til de allerede tidligere indførte, lodrette tætningsvægge. Disse lodrette tætningsvægge kan bestå af i sig selv kendt tætningsmateriale, der udviser en tilstrækkelig tætningsvirkning overfor 20 grundvand, men som overfor forskellige organiske væsker eller vandige opløsninger af skadelige stoffer ikke udviser en tilstrækkelig tætningsvirkning eller udviser en utilstrækkelig holdbarhed.

Ved anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen opnås, 25 at intet grundvand kan trænge ind i vandret retning i det område, der indeholder det skadelige stof, i nævneværdig udstrækning, og at det skadelige stof eller en opløsning af dette ikke kan komme ned i grundvandet.

Ifølge opfindelsen er det derfor også muligt at danne de 30 lodrette vægge, ikke helt ned til grundvandslederens sål, men kun så dybt som selve skadestedet, og derpå i denne dybde danne den vandrette forbindelse med injektionssålen ifølge opfindelsen.

4

DK 159070 B

Endvidere er det ifølge opfindelsen også muligt at beklæde de lodrette vægges inderside, og eventuelt også ydersiden, med blandingen af vandglas og alkylalkoxysilaner, med henblik på at gøre også de lodrette vægge tætte mod udstrøm-5 ning af opløsninger eller væsker, der indeholder skadelige stoffer. I dette tilfælde kan der også anvendes fortyndede vandglasopløsninger med tilsvarende indhold af silaner.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen egner sig både til skadetilfælde, der er forårsaget af ikke-vandige væsker med lille 10 rumvægt, f.eks. mineral- eller tjæreolier, disses destillationsprodukter og remanenser, eller nedsivningsvand fra oplagringer eller lossepladser på overfladen, og for de skadetilfælde, der skyldes skadelige stoffer med stor rumvægt eller vandopløselige sådanne, der f.eks. gennem den 15 til en højere beliggende grundvandsleder hørende sål kan trænge ned i sekundære grundvandsledere eller -depoter. I sidstnævnte tilfælde frembringes injektionssålen liggende ovenpå den øvre grundvandsleders sål.

Af resultaterne af de i det følgende beskrevne gennemtrænge-20 lighedsprøver fremgår det, at der ved injektion af midler, der indeholder' ålkalimetalsilikatér (vandglas) og trialkoxy-silaner, både opnås en tætning over for vand og en modstandsdygtighed over for skadelige stoffer, medens det ved injektion af kendte tætningsmidler kun er muligt at 25 opfylde den ene af disse betingelser.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere ved hjælp af tegningen, hvor fig. 1 viser et apparat til brug ved analysering af prøvninger ifølge opfindelsen, og 30 fig. 2 viser et diagram over kornstørrelsesfordelingen.

5

DK 159070 B

Til gennemførelse af prøvningerne blev der anvendt et labo-ratorieapparat, der var tilpasset efter forholdene i praksis, jfr. fig. 1: I sandfyldningen 1 indpresses injektionsmidlerne 2 og vandet 4 nede fra under et svagt tryk; samti-5 digt indfyldes bentonitsuspensionen sammen med sandet 1 fra oven gennsn et rør 6. Efter 24 timers størkning af gelerne henholdsvis op-kvældning af bentoniten bliver det tætnede sand ved hjælp af et rør, der ender ca. midt i apparatet, belastet med det skadelige stof 3 eller vand 4, der er blevet filtreret gennem 10 et sandlag 5. Belastningen sker under en hydraulisk gradient I = ca. 16, der er frembragt af en ikke trykkende, men sugende vandsøjle, for også at kunne afprøve skadelige stoffer med lille rumfang, der flyder på vand, i det samme apparat.

15 Forsøgsopstillingen svarer til det tilfælde, at det skadelige stof allerede er trængt ind i injektionssålens overflade.

Samtlige forsøg blev gennemført under anvendelse af det samme mellemgrove sand med en kornstørrelsesfordeling som vist i 20 fig. 2 under anvendelse af tilnærmelsesvis lige store hydrauliske gradienter (I = 16 - 0,5), med henblik på opnåelse af sammenlignelige måleresultater. Der er blevet foretaget målinger af sænkningen af væskeniveauet i røret for det skadelige stof, svarende til den udløbende mængde.

25 Den i eksemplerne angivne gennemtrængelighedskoefficient k er blevet udregnet efter den forenklede Darcy's lov

k = —-— cm/s, hvori F.I

3 Q = gennemstrømningsmængde i cm /s F = filteroverflade i cm

30 i = hydraulisk gradient Ah/D

Ah = vandsøjlens højde i cm = 124 til 132 cm D = tykkelsen af det gennemstrømmede lag i cm = 8 cm.

Ah og D fremgår af fig. 1. Eftersom det gennemstrømmede tværsnitsareal i det aftætnede sand tiltager fra væskens 6

DK 159070 B

indløb til dennes udløb, blev der regnet med den gennemsnit-lige filteroverflade F = 33,2 cm .

Eksempel 1 Måleapparatet blev svarende til fig. 1 fyldt med sand 1, 5 hvori der nedefra blev indpresset en injektionsopløsning 2, der var blevet fremstillet ved blanding af 300 ml natron-vandglasopløsning 37/40° Bé, 1600 ml vand og 100 ml (93 g) n-propyltrimethoxysilan og 15 minutters omrøring. Efter at opløsningen var størknet blev -geleri fjernet fra den nederste 10 fjerdedel af apparatet og erstattet med vand. Efter 24 timer blev røret for de skadelige stoffer fyldt med vand eller det pågældende skadelige stof, idet dettes aftagen blev fulgt dagligt i et tidsrum- på fra ca. 5 til 8 uger. Herunder blev den hydrauliske gradient holdt konstant ved hjælp af niveau-15 regulering. De i den følgende tabel angivne gennemsnitlige værdier af gennemstrømningsmængden og gennemtrængeligheds-koefficienten (k) viser dens særdeles gode tætning over for vand og vandige opløsninger af skadelige stoffer og en praktisk taget fuldstændig uigennemtrængelighed for ikke-vandige 20 skadelige stoffer.

Gennemtrængeligheden af det med silan-silikat-opløsning tætnede sand:

Skadeligt Gradient I Forsøgets Gennem- k (cm/s) stof varighed strøm- (dage) ning _, . _(0 ml/dag)_

Vand 16 55 0,57 1,25.10-8 25 Phenol, 8.4% 16,5 33 0,39 8,5.10-9 i vand 0,1 N Svovlsyre . 16r5- 48' 0,21 4,4.10-9

Dieselolie 16 40 0* 0

Trichlorethylen 16 41 0* 0

Perchlorethylen 16 56 0* 0 30 * kun i de første 1 til 4 dage trængte små mængder af væsker ne overfladisk ind i det tætnede sand, derpå ikke mere.

7

DK 159070 B

Eksempel 2

Forsøget blev udført som omtalt under eksempel 1, men under anvendelse af en injektionsopløsning 2, der var blevet fremstillet ved blanding og 20 minutters omrøring af 300 ml na-5 tronvandglasopløsning 37/40° Bé, 17 ml vand og 60 g (65 ml) isobutyltrimethoxysilan.

Det med denne opløsning tætnende sandlag blev belastet med perchlorethylen gennem 76 dage ved en hydraulisk gradient I = 16. Under de første 2 dage trængte 4,3 ml perchlorethy-10 len ind i sandlaget, derefter ikke mere.

Sammenligningseksempel I

Under de samme betingelser blev tætninger med kendte geldannende injektionsmidler på vandglasbasis dannet og afprøvet.

Til disse forsøg blev følgende injektionsopløsninger frem-15 stillet: A) Natriumaluminat-vandglas-blanding med 15-volumen-% vandglas ved blanding af 300 ml natriumvandglasopløsning 37/40° Bé med 1670 ml vand og 30 ml (46,2 g) natriumaluminatopløs-ning (25% A^O^, 19% Na20) , 20 b) natriumaluminat-vandglas-blanding med 20 volumen-% vandglas ved blanding af 400 ml vandglasopløsning med 1565 ml vand og 35 ml (54 g) natriumaluminatopløsning, C) ester-vandblanding med 40 volumen-% vandglas ved blanding af 800 ml vandglasopløsning med 1120 ml.vand og 80 ml 25 (96 g) af en i handelen sædvanlig forekommende blanding af dimethylester af adipin-, glutar- og ravsyre og 15 minutters omrøring under tilsætning af 2 g af en anionisk emulgator (alkylbenzensulfonat).

Gennemtrængelighed af det med de kendte injektionsmidler 30 tætnede sand over for vand og chlorcarbonhydrider:

DK 159070B

8

Injektions- Skadeligt Gradient Forsøgets Gennem- k (cm/s) middel stof I varighed strømning _(dage)_(0 ml/dag)_ -7 A Vand 16 43 10,2 2,2.10

Perchlorethylen 16 3 166,6* (gennem- __brudt) B Vand 16 61 3,4 7,4.10 5 5 Perchlor- 16,5 3 163,3* (gennem- ____ethylen___brudt)_ C Vand 16 54,4 tim. 734,9 1,6-10-5

Trichlor- 16 63,6 " 5,5 1,2.10 ^ _ethylen_______ * Gennemstrømningsmængderne var til at begynde med små, men steg efter 1 til 2 dage stejlt indtil gennembruddet 1° ved en værdi på > 100 ml/time.

Sammenligningseksempel II

Til afprøvning af bentonitsns tætnende effekt blev denne sammen med sandet og en til porefyldning tilstrækkelig vandmængde fyldt ovenfra i prøvekarret. Injektion af en bentonitsuspen-15 sion fra neden var i dette tilfælde på grund af det fornødne tryk ikke muligt. Tørvægtsforholdet bentonit:sand valgtes meget højt som 1:10 med henblik på at opnå en tilstrækkelig tætning mod vand.

Målingerne, der blev gennemført efter 2 døgns opkvældning 20 af bentoniten, gav ved en gradient I = 16 for vand gennemstrømningsmængde på 0 25,8 ml/dag, svarende til k = 5,6.10 I og for trichlorethylen gennemstrømningsmængde på 0 356 ml/dag, “6 svarende til k = 7,8.10 25 Medens gennemtrængeligheden for vand viste et lille fald i forløbet af prøven, udviste den en tydelig stigning for trichlorethylen og nåede allerede efter 85 timer en k-værdi på 1,1.10 Betingelserne for en tilstrækkelig og vedvarende tætning blev således ikke opfyldt.

Claims

1. Fremgangsmåde til isolering af skadelige stoffer, der kan bringe grundvandet i fare, i vandgennemtrængelige jordlag eller jordmasser, ved at i alt væsentligt lodret- 5 te tætninger, der omgiver området med det skadelige stof og når ned til mindst ét grundvandsførende jordlag, i grundvandsområdet er forbundet med en vandret og nedadtil lukkende injektionssål, så at til- eller frastrømning af grundvand i området med det skadelige stof forhindres, 10 kendetegnet ved, at injektionssålen etableres ved injektion af en geldannende blanding på alkalimetal-silikatbasis, hvilken blanding indeholder mindst én alkyltrialkoxysilan med den almene formel R-Si(OR')3, hvori R er en alkylrest med 1-6 C-atomer, og R' er den 15 samme eller forskellige alkylrester med 1-4 C-atomer, der eventuelt kan være afbrudt af et oxygenatom, og/eller indeholder hydrolyseprodukter af disse silaner.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de lodrette tætninger i grundvandsområdet forstærkes ved 20 hjælp af tilgrænsende lodrette tætningsbeklædninger bestående af den blanding, hvoraf injektionssålen er dannet.