Ekstrakcja oparów glebowych

Ekstrakcja oparów gleby (SVE) to proces fizycznego oczyszczania in situ lotnych zanieczyszczeń w glebach strefy wadozy (nienasyconych) (EPA, 2012). SVE (określane również jako odpowietrzanie gleby in situ lub ekstrakcja próżniowa) opiera się na masowym przenoszeniu zanieczyszczeń z fazy stałej (sorbowanej) i ciekłej (wodnej lub niewodnej) do fazy gazowej , z późniejszym zbieraniem zanieczyszczeń fazy gazowej w otworach wydobywczych. Wyekstrahowana masa zanieczyszczeń w fazie gazowej (i ewentualnie skondensowanej fazie ciekłej) jest oczyszczana w systemach naziemnych. Zasadniczo SVE jest odpowiednikiem strefy Vadose „pompuj i ulecz” do rekultywacji wód gruntowych . SVE jest szczególnie podatny na zanieczyszczenia o wyższych stałych prawa Henry'ego , w tym różne chlorowane rozpuszczalniki i węglowodory . SVE jest dobrze zademonstrowaną, dojrzałą technologią naprawczą i została uznana przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (EPA) za domniemany środek zaradczy.

Konfiguracja SVE

Technologia usuwania oparów glebowych wykorzystuje dmuchawy próżniowe i studnie ekstrakcyjne do indukowania przepływu gazu przez powierzchnię podpowierzchniową, zbierając zanieczyszczone opary glebowe, które są następnie oczyszczane nad ziemią. Systemy SVE mogą opierać się na dopływie gazu drogami naturalnymi lub mogą być instalowane specjalne studnie do dopływu gazu (wymuszone lub naturalne). Ekstrakcja próżniowa gazu glebowego indukuje przepływ gazu przez teren, zwiększając siłę napędową przenoszenia masy z wody ( wilgoć gleby). ), fazy niewodnej (faza czysta) i stałej (gleby) do fazy gazowej. Przepływ powietrza przez teren jest zatem kluczowym aspektem, ale wilgotność gleby i niejednorodność podłoża (tj. mieszanina materiałów o niskiej i wysokiej przepuszczalności) mogą skutkować mniejszym przepływem gazu przez niektóre strefy. W niektórych sytuacjach, takich jak wzmocnienie monitorowanego naturalnego tłumienia, można zastosować pasywny system SVE, który opiera się na pompowaniu barometrycznym.

Schemat koncepcyjny podstawowego systemu odsysania oparów glebowych (SVE) do rekultywacji strefy Vadose

SVE ma kilka zalet jako technologia rekultywacji strefy wadozy. System można wdrożyć ze standardowymi studniami i gotowym wyposażeniem (dmuchawy, oprzyrządowanie, uzdatnianie oparów itp.). SVE można również wdrożyć przy minimalnych zakłóceniach na miejscu, głównie obejmujących instalację studni i minimalny sprzęt naziemny. W zależności od charakteru zanieczyszczenia i geologii podpowierzchniowej, SVE ma potencjał oczyszczania dużych objętości gleby przy rozsądnych kosztach.

Gaz glebowy (opary) wydobywany przez system SVE zazwyczaj wymaga oczyszczenia przed odprowadzeniem z powrotem do środowiska. Obróbka naziemna dotyczy głównie strumienia gazu, chociaż należy zarządzać kondensacją cieczy (aw niektórych przypadkach może to być szczególnie pożądane). Dostępnych jest wiele technik obróbki powierzchniowej, w tym destrukcja termiczna (np. utlenianie termiczne w bezpośrednim płomieniu, utleniacze katalityczne ), adsorpcja (np. granulowany węgiel aktywny , zeolity , polimery ), biofiltracja , nietermiczna destrukcja plazmy, destrukcja fotolityczna/ fotokatalityczna , separacja membranowa, absorpcja gazu i kondensacja pary. Najczęściej stosowanymi technologiami oczyszczania naziemnego są utlenianie termiczne i adsorpcja granulowanego węgla aktywnego. Wybór konkretnej technologii oczyszczania naziemnego zależy od zanieczyszczenia, stężeń w gazach odlotowych, przepustowości i względów ekonomicznych.

Skuteczność SVE

Skuteczność SVE, czyli szybkość i stopień usunięcia masy, zależy od wielu czynników, które wpływają na przejście masy zanieczyszczeń do fazy gazowej. Skuteczność SVE jest funkcją właściwości zanieczyszczeń (np. stała prawa Henry'ego , prężność pary , temperatura wrzenia , współczynnik adsorpcji), temperatury w podłożu, strefy wadozy, właściwości gleby (np. wielkość ziaren gleby , wilgotność gleby , przepuszczalność gleby , węgiel glebowy zawartość), niejednorodność podłoża i siłę napędową przepływu powietrza (zastosowany gradient ciśnienia ). Jako przykład, resztkowa ilość wysoce lotnego zanieczyszczenia (takiego jak trichloroeten ) w jednorodnym piasku o wysokiej przepuszczalności i niskiej zawartości węgla (tj. o niskiej/nieistotnej adsorpcji) będzie łatwo traktowana SVE. W przeciwieństwie do tego heterogeniczna strefa wadozy z jedną lub kilkoma warstwami gliny zawierającymi resztkowy naftalen wymagałoby dłuższego czasu leczenia i/lub ulepszeń SVE. Kwestie skuteczności SVE obejmują ogonowanie i odbicie, które wynikają z zanieczyszczonych stref o niższym przepływie powietrza (tj. strefach o niskiej przepuszczalności lub strefach o wysokiej zawartości wilgoci) i/lub niższej lotności (lub wyższej adsorpcji). Niedawne prace przeprowadzone w Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych dotyczyły warstwowania i stref niskiej przepuszczalności w podłożu oraz ich wpływu na operacje SVE.

Wzmocnienie SVE

Ulepszenia mające na celu poprawę efektywności SVE mogą obejmować wiercenie kierunkowe , szczelinowanie pneumatyczne i hydrauliczne oraz ulepszanie termiczne (np. wtrysk gorącego powietrza lub pary). Wiercenia kierunkowe i ulepszenia szczelinowania mają na ogół na celu poprawę przepływu gazu przez podłoże, zwłaszcza w strefach o niższej przepuszczalności. Ulepszenia termiczne, takie jak wtrysk gorącego powietrza lub pary, zwiększają temperaturę gleby podpowierzchniowej, poprawiając w ten sposób lotność zanieczyszczenia. Ponadto wstrzyknięcie gorącego (suchego) powietrza może usunąć wilgoć z gleby, a tym samym poprawić gazoprzepuszczalność gleby. Dodatkowe technologie termiczne (takie jak elektryczne ogrzewanie oporowe, sześciofazowe ogrzewanie gleby, ogrzewanie o częstotliwości radiowej lub ogrzewanie przez przewodzenie ciepła ) można zastosować do podłoża w celu ogrzania gleby i ulatniania/desorpcji zanieczyszczeń, ale są one ogólnie postrzegane jako odrębne technologie (w porównaniu z ulepszeniem SVE), które mogą wykorzystywać ekstrakcję próżniową (lub inne metody) do zbierania gazu glebowego.

Projektowanie, optymalizacja, ocena wydajności i zamknięcie

Jeśli chodzi o wybór jako środek zaradczy, wdrożenie SVE obejmuje następujące elementy: projekt systemu, działanie, optymalizację, ocenę wydajności i zamknięcie. Kilka wytycznych zawiera informacje na temat tych aspektów wdrażania. Wytyczne EPA i US Army Corps of Engineers (USACE) ustanawiają ogólne ramy projektowania, obsługi, optymalizacji i zamykania systemu SVE. Centrum Inżynierii i Środowiska Sił Powietrznych Wytyczne (AFCEE) przedstawiają działania i uwagi dotyczące optymalizacji systemu SVE, ale zawierają ograniczone informacje dotyczące podejścia do zamknięcia SVE i spełnienia celów naprawczych. Wytyczne Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) uzupełniają te dokumenty, omawiając konkretne działania i decyzje związane z optymalizacją, przejściem i/lub zamknięciem SVE.

Projektowanie i działanie systemu SVE jest stosunkowo proste, a główne niepewności związane są z geologią podpowierzchniową / charakterystyką formacji oraz lokalizacją zanieczyszczenia. W miarę upływu czasu typowe jest, że system SVE wykazuje zmniejszającą się szybkość ekstrakcji zanieczyszczeń z powodu ograniczeń przenoszenia masy lub usuwania masy zanieczyszczeń. Ocena wydajności jest kluczowym aspektem dostarczającym danych wejściowych do decyzji o tym, czy system powinien zostać zoptymalizowany, zakończony lub przeniesiony na inną technologię w celu zastąpienia lub rozszerzenia SVE. Ocena odbicia i strumienia masy zapewnić podejście do oceny wydajności systemu i uzyskać informacje, na których można oprzeć decyzje.

Powiązane technologie

Kilka technologii jest związanych z ekstrakcją oparów glebowych. Jak wspomniano powyżej, różne technologie rekultywacji ogrzewania gleby (np. elektryczne ogrzewanie rezystancyjne, witryfikacja in situ ) wymagają elementu zbierającego gaz glebowy, który może przybrać postać SVE i/lub bariery powierzchniowej (tj. okapu). Pokrewną technologią jest biowentylacja , której celem jest wprowadzenie dodatkowego tlenu (lub ewentualnie innych gazów reaktywnych) pod powierzchnię w celu pobudzenia biologicznej degradacji zanieczyszczenia. Rozpylanie powietrza na miejscu to technologia remediacji służąca do oczyszczania wód gruntowych z zanieczyszczeń. Powietrze jest wtłaczane i „przedmuchiwane” przez wody gruntowe, a następnie zbierane przez studnie do usuwania oparów glebowych.

Zobacz też

EPA. 1996. „Przewodnik użytkownika po LZO w glebie, domniemany środek zaradczy”. EPA/540/F-96/008, Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych, Biuro ds. Odpadów Stałych i Reagowania Kryzysowego, Waszyngton, DC
EPA. 1997. Analiza wybranych ulepszeń do ekstrakcji pary z gleby . EPA/542/R-97/007, Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych, Biuro ds. Odpadów Stałych i Reagowania Kryzysowego, Waszyngton, DC
EPA. 2012. „Przewodnik obywatela po ekstrakcji oparów glebowych i napowietrzaniu”. EPA/542/F-12/018, Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych, Biuro ds. Odpadów Stałych i Reagowania Kryzysowego, Waszyngton, DC

Linki zewnętrzne