Innovative Geobiotechnologien und in situ Verfahrenstechniken

Gordon Bures, M. Eng.

Niederlassung BerlinSensatec Workshop:

TSE Überblick und Anwendungen

22 - 30.10.2019

„TSE®“ Sanierungsverfahren:

Targeted Solids Emplacement

Environmental Services:

Mobiles Verfahren für Injektion und Verpressung von Flüssig- sowie Feststoff

Reagenzien

Injektion von flüssiges Persulfat-Peroxid Oxidationsmittel mit Direct Push Bohrtechnik in einemGrundwasserleiter

Anhänger basierteInjektionstechnologiegeeignet auch in engem

Betriebsgelände

Eingabe von Permanganat Feststoff Oxidationsmittel als schwere Suspension in Tongestein mittels TSE

• Ein Prozess, bei dem eine

Suspension oder Flüssigkeit

im Untergrund unter Druck

gesetzt wird, was zur einer

kontrollierten Erschaffung

eines Netzwerkes von

Wegsamkeiten oder

Wirkstoffe im Boden sowie

im Locker- und Festgestein

führt.

Art der Einbringung von Feststoff Suspensionen:

Was ist TSE ? – gezielte „FESTSTOFF INJEKTION“

1. Infiltration (in gut durchlässigenBöden, z.B. Grundwasserleiter)

2. Wegsamkeiten (in geringdurchlässigen und heterogenen Böden)

Konventionale in situ-Methoden weisen Beschränkungen auf in gering durchlässigen* sowie heterogenen Böden und Festgestein:

• Niedrige Förderrate (Schadstoffe) • Niedrige Injektionsrate (Sanierungszusätze)• Geringer Wirkradius, viele Brunnen• verminderter Kontakt zwischen Schadstoffen und

injizierten Zusätzen• Ungleichmäßige Verteilung von Feststoff Substrate in GWL • Kurzfristige Wirksamkeit des Schadstoffabbaus• geringer Sanierungsfortschritt

* d.h. Kf < 1 x 10-6 m/s

Warum TSE?

Gering lösliche Mehrstoffsysteme die als Suspension in auch scheinbar poröse Grundwasserleiter injiziert werden, entmischen sich aufgrund des „Filtereffekts“ der Aquifer Sedimente !!

Anwendungskonfiguration des TSE® Verfahrens in Grundwasserleiter

Das Feststoff Injektion (TSE©) Verfahren ermöglicht einen erhöhten Kontakt mit Schadstoffe und verbesserte Verteilung der injizierten Wirkungsmittel, sowie steigerte Rückgewinnung von Schadstoffe, besonders in Böden mit geringem Durchlässigkeit (d.h. Kf < 1 x 10-6 m/s)

Anwendungskonfiguration des TSE® Verfahren in gering durchlässige Böden

2. gezielte Verteilung von Feststoffe(z.B. Mikroeisen oder Kaliumpermanganat)

und erhöhtem Kontakt mit Schadstoffen

1. erhöhte Förderleistung, (z.B. Pump & Treat, BLA)

durch platzierte Sand Wegsamkeiten, verbesserte Durchlässigkeit, und größerenWirkungsradius.

2. Hoch konzentrierte Eingaben von KMnO4 Suspension in tonigen Kernbohrungen

Wirkstoffeinbringung: Infiltration oder TSE?Infiltration wenn: Dp < √Kf/7 FestStoff Schichten wenn: Dp > √Kf/7

Harris and Odem, 1982 (Dp: Partikel Durchmesser in microns, Kf in millidarcys)

Herkömmlich eingebrachte

Abbau-substrate

Art der Einbringung der Abbausubstrate in Unterböden und Festgesteinen (hinsichtlich auf Kf Werte)

>10−3

m/s 10−3 bis 10−5 <10−5 <10−6 <10−7 <10−8 <10−8 <10−6 m/s

KiesSand Sand Sand Schluffiger

Sand Schluff Schluffiger Ton Ton Festgestein Geklüftetes

Festgesteingrob mittel feinStützmittel

(Sand) INF TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE

Grobe Fe0 -Fasern INF TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE

Mikroeisen INF INF INF/TSE

INF/TSE TSE TSE TSE TSE TSE INF/

TSE

Feststoff Oxidationsmittel INF INF INF INF/

TSE TSE TSE TSE TSE TSE INF/TSE

Lösliches Oxidationsmittel INF INF INF INF INF INF/

TSE TSE TSE TSE INF

Lösliche Biosubstrate INF INF INF INF INF INF/

TSE TSE TSE TSE INF

Viskose Biosubstrate

Lactat, Melasse, Pflanzenöl

Emulsionen

INF INF INF INF INF/TSE TSE TSE TSE TSE INF

Biofeststoffe (Zellulose,

Chitin)INF INF/

TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE TSE INF/TSE

INF = Infiltration (Durchdringung des Porenvolumens) ist die zu bevorzugende Art der Einbringung TSE = Targeted Solids Emplacement (Schaffung von Feststoff Wegsamkeiten) ist die zu bevorzugende Art der Einbringung

Druck – Zeit Profil: Infiltration oder Schichtbildung?

Injektion Profil Schichtbildung Profil

• Erhöhte Viskositӓt durch natürliche organische Polymer (z.B. Guar, CMC Zelullose) verleit …

• Tragfӓhigkeit für die Feststoff Additive / Substrate (wie Sand, Nullwertiges Eisen, Chitin, OXM) in hohe Konzentration

Fe0 Eisenspäne

Sand

Chitin

Guar Verdickungsmittel

Bei TSE kommt nur

Trinkwasser,

lebensmittelreines

Verdickungsmittel (Guar),

und Sand/Sanierungs-

Substrate zum Einsatz!

Einbringung von Feststoffe: Substrat-Trӓger “Guar”

Guar BohneOxidationsmittel KMnO4

Mischgerät und Druckerzeuger

(TSE®) für die Erschaffung von langfristigen „Sanierungsquellen“ Geoprobe Bohrmaschine

• Bohrstangen mit hochdruck Anschluss

• Edelstahl Mischbehälter (1,000 L) und Mischpropeller• Hochdruck Pumpen (bis 100 bar)• Echtzeitausgabe Injektionsdruck und Fließrate

Feststoffeingabe Sonden

TOTERRA Remediation Ltd.

Durchlässige, mitSand gefüllte, Drainage für in situ-Sanierung imTon

Horizontale, durchlässigeDrainagen

(=Wegsamkeiten) fürinjizierten

Oxidationsflüssigkeiten

EinflussbereichSanierung, ca + 15 cm nach 2

Monaten

kf-Wert Sand:1 x 10-4 m/s

kf-Wert Ton:3 x 10-8 m/s

TSE verbessert die Bodendurchlässigkeit

Ausbreitung als Feststoff Eingegebene KMnO4 Oxidationsmittel

KMnO4

TSE erhöht den Kontaktareal mit Schadstoffen

Kalium Permanganate als lösliche Flüssigkeit

injiziert: ca. 4% Konzentration mit weitere Verdünnung im Grundwasser

Verglichen mit …Kalium Permanganate als TSE Feststoff

Eingabe:

Bis zur 820 kg/m3 Suspension!!

Das Trägermedium macht es möglich!!

Hohe Permanganat Konzentrationsgradient beschleunigt die Verbreitung in Boden durch u.a. Diffusion und verbessert den Kontakt mit Schadstoffen

ROI: TSE hydraulisch injizierte

Eingaben

ROI: Direct Push Injektionen

TSE ermöglicht eine hohe Verteilungseffizienz mit wenigen Bohrungen

Kartierung mit Bodenneigungsmetern „Tiltmeter Geophysics“

TSE beweist die Substratverteilung im Schadensbereich

• Messung der Bodenneigung (Winkel und Richtung) während des

injizieren und Bildung eines Netzwerkes von eingegebene

Substrate.

• Auswertung als 3D-Modell.

• Nachweisung von Wirkstoff Verteilung und vernetzte Wegsamkeiten.

• Altlasten

• Chemieanlagen

• Militäranlagen

• Gasaufbereitungs

Anlagen

• Tanklager

• Raffinerien

• Öl- und Gas-

Förderanlagen

• Tankstellen

• Chemische Reinigungen

• Logistik, Transport und

Verkehrs Anlagen

• Bergbau

TSE® Anwendungen: über 20 Jahre Erfolg WeltweitWO?

ANWENDUNGS-

ABLAUF:

USA (1993)Kanada (1995)Groß Britannien (2006)Dänemark (2009)Korea (2012)Deutschland (2014)China (2015)Italien (2016)Schweiz (2019)

Fallstudie 1: Ehemaliger Tanklager Nürnberg

Geologisches Profil

Herausforderungen:

• Vielfaltige Schadstoffe:LCKWs, BTEX, u.PAK

• Gering durchlässiger Sandstein

• BLA Versuche unwirksam• Keine Störungen an

Standort Betrieb• GW Stauer darf nicht

gefährdet werden!

Boden Aushub im Schadensherd

• Auskofferung des Bodens zur Oberfläche des Festgesteins zu 5 m GOK.

• Kein tieferer Aushub möglich im Festgestein

• Problem: erheblicher LCKW und BTEX Schaden im GW bis zur 11 m Tiefe!

Fallstudie 1: Ergänzte ISCO im Festgestein, ehem. Tanklager

PILOTVERSUCH:

• Bezog sich auf einen Teilbereich des Schadstoffherdes

• War gezielt im schwer betroffenes Grundwasserstockwerk zwischen 7 bis 11 m GOK.

• 15 gezielte Eingaben von Kalium-persulfat Suspension wurden erstellt in 3 Injektionsbohrungen (5 je Bohrung)

• 1.350 kg K2S2O8 Oxidationsmittel mit 200 kg Eisenlactat Aktivator wurde hydraulisch verbreitet: 6 m Wirkungs-radius

Hydraulisches Verpressen des Oxidationsmittels mit Doppelpacker in initiiertem Wegsamkeiten

© 2015 RiskCom GmbH

Sulfat, Eisen, und Kalium Abbau

BTEX Summenkonzentrationen

LHKW Summenkonzentrationen

Eingabe aktivierter K2S2O8 Oxidationsmittel

Fallstudie 1: Ergänzte ISCO im Festgestein

(1) In Situ Chemische Oxidation

im BlasensandsteinAnalysen Ergebnisse:

Schadenherd

Fallstudie 2: Ehemaliger Betriebstätte für die Herstellung von Armaturen

• LCKW Belastungen (TCE und cDCE) im Boden und Grundwasser ermittelt (bis 7.000 µg/L) in 3 Bereiche

• Bisherige Sanierungserfolg limitiert durch die niedrige Permeabilität der unterliegenden Sedimente

• Pilotversuch in 2017 durchgeführt, um die Machbarkeit von „Environmental Fracturing“ (ISCO) zu testen.

• Das kombinierte Verfahren von TSE mit ISCO hatte die LCKW-Konzentrationen wesentlich reduziert.

• Plan für die Vollsanieurung der LCKW Bereiche innerhalb der bestehende Lagerhalle durchgeführt in August und September, 2019.

Standort Bedingungen• LCKW befindet sich in sehr gering durchlässiger

Tongestein (Rotliegend) bis 8 m Tiefe

• Große Mengen Oxidationsmittel (ca. 13,3 T KMnO4) in nur 11 Bohrungen zu verpressen in engen Räumen

• Versetzung der Pfeiler des Gebäudes wurde streng kontrolliert mittels Schlauchwagen während der Injektionsarbeiten

Ausführung der TSE Arbeiten

• Ca. 900 bis 1575 kg Kalium Permanganate Feststoff pro Bohrloch verpresst zwischen 3,5 m und 8,5 m u GOK mittels TSE - 85 Eingaben insgesamt

• Dies beträgt 61.400 L Kalium Permanganat Oxidationsmittel bis zur 35% Suspension mit Carboxymethyl Cellulose (Baumwolle Zellulose) verdickt

• 96,1% des Oxidationsmittels Volums konnte mit TSE erfolgreich in betroffenen Böden platziert werden, ohne unakzeptabel Versetzung zu Verursachen

Das TSE® Verfahren bietet folgende Vorteile:

• Gleichmäßige Verteilung von Wirkstoffe in Grundwasserleiter

• Erhöhung der Permeabilität in gering durchlässige Böden u. Fels

• Gleichzeitiges Einbringung von großen Mengen Wirkstoffe

• Vergrößerung der Kontaktflächen mit den Schadstoffen

• Vergrößerung des Wirkungsradius ( > 20 m! )

• Weniger Bohrungen und Injektion/Förder- Brunnen

• In situ konstruktion von PRBs durch Bohrungen

• Kleinflächig - geeignet für enge Betriebsgelände und in Gebäuden

• Keinen Aushub erforderlich … und

• somit deutliche Kosteneinsparungen!

Zusammenfassung:

Schönen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Fragen? Gerne an: g.bures@sensatec.de