Techniek 1: Stoominjectie
Principe
Techniek: Injectie van stoom in de bodem voor het genereren van warmte ten behoeve van het vervluchtigen van polluenten - combinatie noodzakelijk met bodemluchtextractie/multifasenextractie
Stoominjectie kan zowel in de wateronverzadigde als verzadigde zone gebeuren. Het werkingsmechanisme is gelijk: geïnjecteerde stoom condenseert in de formatie rondom het injectiepunt, waarbij een grote hoeveelheid latente warmte vrijkomt die de formatie verwarmt. Het warme water verspreidt zich radiaal (warmwaterfront), daarbij het koude water verdringend (koudwaterfront). Zodra de temperatuur bij het injectiepunt voldoende is opgelopen, verspreidt zich de stoom zelf in de formatie. Het grensvlak tussen stoom en water noemt men het stoomfront (Vitorapportnr. 2004/MPT/R/042, 2004).
In geval een verontreiniging voorkomt in een concentratie groter dan het residueel gehalte, wordt de polluent mee verdrongen met de stromende vloeistof (eerst koud, dan warm water). Bij het opwarmen daalt de viscositeit van de polluentvloeistof en tevens de capillaire krachten waarmee de polluent in de poriën wordt vastgehouden. De residuele verzadigingsgraad daalt daardoor. Tijdens het stijgen van de temperatuur neemt tevens de vervluchtiging toe; voor laagkokende polluentmengsels zal op een zeker moment een distillatieproces optreden (koken van het polluentmengsel). Het opwarmen leidt tevens tot een stijging van de oplosbaarheid van de polluent in water en tot desorptie van aan vaste bodemdelen geadsorbeerde verontreiniging.
Het gebied binnen het stoomfront wordt het sterkst opgewarmd, waarbij ook de minder vluchtige verbindingen (kookpunten tot 300°C indien de stoominjectie voldoende lang wordt aangehouden) worden vervluchtigd (strip-effect); de invloedszone van de stoomfase is echter kleiner dan de invloedszone van het warm-waterfront. De hoeveelheid aan residueel product dat achterblijft in de zone die enkel wordt doorspoeld met koud en/of warm water hangt af van de capillaire eigenschappen van de bodem (bodemtextuur!), de oppervlaktespannings-eigenschappen van de polluent en de drukgradiënten die de verdringing veroorzaken. In de wateronverzadigde bodemlaag wordt in plaats van het koude grondwater, bodemlucht verdrongen uit de injectiezone.
Voor meer visceuse polluentvloeistoffen (b.v. bepaalde oliën) kan overigens verwacht worden dat de migratie niet als golf gebeurt maar dat voorkeursbanen worden gevolgd (product fingering).
Stoominjectie worden altijd uitgevoerd in combinatie met bodemluchtafzuiging.
Toepassingsgebied en toepassingsvoorwaarden
Bij stoomstrippen kunnen in principe stoffen verwijderd worden die bij 100°C een dampspanning hebben van tenminste 100N/m² (puur product) of een Henry-coëfficiënt groter dan 10-5 atm.m³/mol.
Stoominjectie is vooral interessant voor de sanering van dieper voorkomende verontreiniging (diepten van meer dan 30 m kunnen worden bereikt). Voor ondiep voorkomende verontreiniging, mits relatief beperkt in omvang en geen bebouwing aanwezig is, blijft ontgraving doorgaans goedkoper dan stoominjectie/vacuümextractie.
Een ander belangrijk aandachtspunt is dat stoominjectie een "vloeistofgolf" veroorzaakt aan puur polluent. Indien deze vloeistof een densiteit heeft groter dan 1, kan neerwaartse migratie optreden, ook omdat de viscositeit de capillaire krachten doet afnemen door de toenemende temperatuur. Indien een kleilaag voorkomt onder de verontreiniging, speelt dit probleem niet.
Een ander begrip is de stoomkwaliteit. Deze is gedefinieerd als de hoeveelheid vloeibaar water aanwezig in de dampfase. Bij 100% stoomkwaliteit bevindt zich geen vloeibaar water in de dampfase. De saneringsefficiëntie zou toenemen bij hogere stoomkwaliteit (Vitorapportnr. 2004/MPT/R/042, 2004).
Kosten
Daar er momenteel geen rvaring is met deze techniek op grote schaal, werden er geen concrete prijzen voor deze techniek teruggevonden.
Wel kunnen we aangeven dat in vergelijking met airsparging en biosparging deze installatie meer energie en andere materialen (staal/inox) voor leidingen vergt dan de installatie ingezet voor airsparging en biosparging (HDPE).
Milieubelasting en te nemen maatregelen
Kosten liggen tussen 31 en 280 euro per ton, met een gemiddelde kostenvork van 40-120 euro/ton (KVIV studiedag 6 mei 2004, Marcel Kolle).
Techniek 2: Stroominjectie
Principe
Techniek: aanbrengen van een electrisch veld in de bodem voor het genereren van warmte ten behoeve van het vervluchtigen van polluneten – combinatie noodzakelijk met bodemluchtextractie/multifasenextractie
Figuur: Schema Stroominjectie
Naast stoominjectie, bestaan er andere manieren om de bodem te verwarmen om de polluenten te mobiliseren uit de bodem. Eén daarvan is door gebruik te maken van de elektrische weerstand van de bodem: door stroom te sturen doorheen de bodem, warmt deze op. De stroom (3 of 6 fasen wisselstroom) wordt via verticale, schuine of horizontale elektrodes (aangebracht met gewone boormethoden) in de bodem gebracht; de warmte-energie die daarbij wordt ontwikkeld is gelijk aan R x I² (thermisch vermogen ontwikkeld in een weerstand R; I is de stroomsterkte in ampère).
Omdat de elektrodes onderling uit fase zijn, stroomt de elektrische stroom van de ene elektrode naar alle omliggende elektrodes en vice versa. Het resultaat is een opwarming van de bodem, die zowel in de verzadigde als de onverzadigde zone kan worden gegenereerd. Omdat de stroom de weg kiest van de minste weerstand, zullen de bodemlagen die daarmee overeenstemmen, sterker verwarmd worden. Daar zal in-situ stoom worden gegenereerd, waarbij de contaminanten worden gemobiliseerd zoals hoger beschreven. Het grote voordeel van deze werkwijze is dat ook (en vooral) de slecht doorlaatbare bodemzones worden gereinigd.
Zoals bij stoominjectie, dient ook bij toepassing van stroominjectie een dicht netwerk van (multi-fase) extractiefilters te worden voorzien om de vrijkomende polluenten op te vangen en ongewenste verspreiding (zowel verticaal, lateraal als naar de atmosfeer) te beperken.
Toepassingsgebied en toepassingsvoorwaarden
Verontreinigingstype
Deze techniek is alleen geschikt voor het vervluchtigen en mobieler maken van organische verbindingen. In tegenstelling tot bodemluchtextractie kunnen ook minder/niet-vluchtige verbindingen (zoals huisbrandolie) door middel van deze techniek worden gesaneerd.
Daarnaast kan electroreclamatie de verwijdering van drijflagen ondersteunen, doordat de viscositeit van de olie wordt verlaagd door de stijging van de temperatuur.
Bodemtype
Om de elektrische stroom te kunnen geleiden dient de bodem hoge verzadigingsgraad met water te hebben, waardoor in goed doorlatende bodem de electroreclamatie dus niet in de onverzadigde zone kan worden toegepast. Wel kan er een beperkte verwarming van de onverzadigde zone verkregen worden als de daaronder gelegen verzadigde zone wordt behandeld met electroreclamatie.
Evenals bij andere in situ saneringstechnieken dient de bodem een voldoende doorlatendheid te hebben om de verontreinigingen via de waterfase en de luchtfase te kunnen transporteren. Omdat echter de eigenschappen van de verontreinigingen bij toenemende temperatuur wijzigen wordt door deze techniek de snelheid van processen vergroot en de toepassingen bij minder doorlatende bodems verbeterd.
Met behulp van stroominjectie kunnen vluchtige olieverontreinigingen volledig verwijderd worden. Ook niet vluchtige verontreinigingen (dieselolie, huisbrandolie) kunnen tegen economisch rendabele kosten tot een niveau van 100 tot 200 mg/kg verwijderd worden.
Door de verhoogde temperatuur wordt de snelheid van processen sterk vergroot waardoor deze techniek in kortere tijd dan bijvoorbeeld bodemluchtextractie tot resultaten leidt.
Kosten
De kosten van full scale toepassingen van stroominjectie in de verschillende projecten bedraagt 75 tot 325 euro /m3, met een gemiddelde van 125 euro /m3. Een vooronderzoek op laboratoriumschaal om de haalbaarheid van deze techniek te bepalen kost circa 3200 euro. De elektriciteitskosten vertegenwoordigen ongeveer 20% van de totale kosten (Vitorapportnr. 2004/MPT/R/042, 2004).
Milieubelasting en te nemen maatregelen
Het energieverbruik is afhankelijk van het gewenste eindresultaat en bedraagt circa 50 tot 100 kWh/m3 bij een gemiddeld rendement van 85 tot 95 %. Om te komen tot een volledige verwijdering tot aan de achtergrondwaarden zijn energieverbruiken van 200 tot 600 kWh/m3 nodig.
Ten gevolge van de hoge temperaturen en elektrische spanningen en stromen zullen passende veiligheidsmaatregelen getroffen moeten worden.