This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Συνολική ποσότητα οργανικής φάσης που μπορεί ναυνο ι ή ποσότητα οργανι ής φάσης που μπορεί νασυγκρατήσει ένα έδαφος στην ακόρεστη ζώνη = παραμένωνκορεσμός, Sr: rVS
όπου : Vr = ο όγκος της παραμένουσας οργανικής φάσηςtt
rr Vn
S⋅
=
r γ ς ης ρ μ ς ργ ής φ ηςVt = συνολικός όγκος του εδάφουςnt = το ολικό πορώδες του εδάφους
1) Απομάκρυνση της ελεύθερης οργανικής φάσης από το υδροφόρο στρώμα με άντληση
2) Απομάκρυνση της οργανικής φάσης που βρίσκεται παγιδευμένη στην2) Απομάκρυνση της οργανικής φάσης που βρίσκεται παγιδευμένη στην ακόρεστη ζώνη με την τεχνική της άντλησης του εδαφικού αέρα (soil vapor extraction ή vacuum extraction)
3) Απομάκρυνση των διαλυμένων πτητικών ρύπων από τα υπόγεια νερά με αεροδιασκορπισμό, δηλ. με διοχέτευση αέρα στο υδροφόρο στρώμα (air sparging air stripping)(air sparging, air stripping)
4) Απομάκρυνση των διαλυμένων οργανικών ρύπων με άντληση και επεξεργασία των υπόγειων νερών σε επιφανειακές εγκαταστάσεις, π.χ.
ό ό ά θπροσρόφηση σε ενεργό άνθρακα5) Καταστροφή των οργανικών ρύπων είτε στην ακόρεστη είτε στην
κορεσμένη ζώνη με βιολογικές μεθόδους.
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-7
ρ μ η ζ η μ β γ ς μ ς
ΑΝΤΛΗΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΦΑΣΗΣΑΝΤΛΗΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΦΑΣΗΣΝ Ο ΝΝ Ο Ν
Π ϋ όθ Μ ή δ λ ό όΠροϋπόθεση: Μικρή διαλυτότητα στο νερό
Δημιουργία ροής αέρα μέσα από το πορώδες της ακόρεστης ζώνης έτσι ώστε να επιταχυνθεί η εξάτμιση των ρύπων οιζώνης, έτσι ώστε να επιταχυνθεί η εξάτμιση των ρύπων οι οποίοι μπορεί να βρίσκονται στη μορφή:
λ ύθ ή ά• ελεύθερης οργανικής φάσης,
• διαλυμένοι στο νερό ή
• ροφημένοι στην επιφάνεια των στερεών σωματιδίων.
Εγκατάσταση συστήματος Άντλησης Εδαφικού Αέρα & Αεροδιασκορπισμού σε Εμπορικό Κέντρο στη Lower Mainland, BC,
Canada (Matsueda, 2010)
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-19
Εγκατάσταση συστήματος Άντλησης Εδαφικού Αέρα & Αεροδιασκορπισμού σε Εμπορικό Κέντρο στη Lower Mainland, BC,
Canada (Matsueda, 2010)
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-20
Τα χαρακτηριστικά της τεχνολογίας ΑΕΑ
• Περιγραφή: Στη ρυπασμένη ακόρεστη ζώνη πραγματοποιούνται σε κατάλληλες αποστάσεις γεωτρήσεις. Σε κάθε γεώτρηση τοποθετείται ένας διάτρητος σωλήνας στο κέντρο και ένα διαπερατό υλικό πληρώσεως περιφερειακά. Οι σωλήνες συνδέονται στην επιφάνεια με αντλία κενού, η οποία δημιουργεί υποπίεση και προκαλεί τη συνεχή ροή του αέρα και των πτητικών ρύπων δια μέσου των πόρων της ακόρεστης ζώνης. Ο αέρας που αντλείται στην επιφάνεια συμπαρασύροντας τους ρύπους οδηγείται σε μονάδα απομάκρυνσης-καταστροφής των οργανικών ρύπων.
− μηχανισμός αποκατάστασης: εξάτμιση, εκρόφηση πτητικών ρύπων− στόχος αποκατάστασης: απομάκρυνση πτητικών ρύπων από την ακόρεστη ζώνη− επί τόπου τεχνολογία
• Επίπεδο ανάπτυξης: Εφαρμόζεται από τη δεκαετία του 1970
• Χρονική Διάρκεια: 1 ~4 χρόνια
• Κόστος: ενδεικτικά μοναδιαία κόστη (FRTR, 2002): (α) μικρή περιοχή (40m2x1.5m) : 1200 1500 USD/ 3 (β) λύ ή (250 2 1 5 ) 400 1000 USD/ 3
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-21
1200-1500 USD/m3, (β) μεγαλύτερη περιοχή (250 m2x1.5m): 400-1000 USD/m3
Πλεονεκτήματα τεχνολογίας ΑΕΑ
• Εφαρμόζεται επιτόπου (in-situ), χωρίς να απαιτεί εργασίεςεκσκαφών.εκσκαφών.
• Χρησιμοποιεί απλό και χαμηλού κόστους εξοπλισμό καιδεν απαιτεί περίπλοκους χειρισμούς κατά τη λειτουργίαδεν απαιτεί περίπλοκους χειρισμούς κατά τη λειτουργίατης.
• Συνδυάζεται εύκολα με άλλες τεχνικές π χ άντληση• Συνδυάζεται εύκολα με άλλες τεχνικές, π.χ. άντλησηοργανικής φάσης, βιοαερισμό, αεροδιασκορπισμό (air-sparging), δηλ. διοχέτευση αέρα στα υπόγεια νερά, κλπ.
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-22
Στοιχεία σχεδιασμού
• Πόσες γεωτρήσεις ΑΕΑ απαιτούνται, σε ποιά απόσταση τοποθετούνται μεταξύ τους;
• Πόσο κενό χρειάζεται να δημιουργηθεί; Πόση είναι η ογκομετρική ροή αντλούμενου αέρα;
• Με ποιο ρυθμό απομακρύνονται οι ρύποι; Πόσος χρόνος απαιτείται για την αποκατάσταση;
• Σε τι κατεργασία υποβάλλονται οι ρύποι που αντλούνται στην επιφάνεια;
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-23
Τυπικές διαστάσεις και χαρακτηριστικάΤυπικές διαστάσεις και χαρακτηριστικά σχεδιασμού (από περιστατικά)
GAC ( l ti t d b ) TO (th l id ti ) C3 ( i i d ti )GAC (granular activated carbon), TO (thermal oxidation), C3 (cryogenic compression-condensation)1: Camp LeJeune Military Reservation, North Carolina, USA2: Davis Monthan Air Force Base, Arizona, USA3: Holloman Air Force Base, New Mexico, USA4 R fi L ll d TX USA
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-24
4: Refinery, Levelland, TX, USA
Διυλιστήριο , Levelland, TX, USA
• Έκταση 260 στρεμμάτων, όπου λειτουργούσε διυλιστήριο από 1939 μέχρι 1954 Οι εγκαταστάσεις απομακρύνθηκαν το 1958
ήρ
1939 μέχρι 1954. Οι εγκαταστάσεις απομακρύνθηκαν το 1958.
• Ρύπανση των υπόγειων νερών: −Κύριοι διαλυτοί ρύποι: βενζόλιο και 1,2-διχλωροαιθάνιο, Mn, As−Έκταση ρύπανσης: μήκος1600 m−Καθαρισμός των υπόγειων νερών με τεχνική «άντληση καιΚαθαρισμός των υπόγειων νερών με τεχνική «άντληση και επεξεργασία». Επεξεργασία με ενεργό άνθρακα (GAC)
• Ρύπανση ακόρεστης ζώνης: η ρ ης ζ ης−Κύριοι ρύποι: ελαφρά κλάσματα διύλισης πετρελαίου (βενζίνες) −Καθαρισμός ακόρεστης ζώνης με τεχνολογία ΑΕΑ σε συνδυασμό με
λ ( i i d i )την τεχνολογία C3 (cryogenic compression-condensation) της GEO για την ανάκτηση της NAPL.
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-25
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-26
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-27
Χαρακτηριστικά υπεδάφους• Συνολικό πάχος της ακόρεστης ζώνης 43 -50 m
Η ό ζώ ί ά ή ίζ
ρ ηρ φ ς
• Η ακόρεστη ζώνη είναι αρκετά ομοιογενής και εντοπίζονται τρία στρώματα: −το ανώτερο στρώμα (Α) έχει πάχος ~30 m και αποτελείται από λεπτή άμμο και ιλύ
−το κατώτερο στρώμα έχει πάχος περίπου 10-20 m και έχει ίδια ί ώ (Γ)κοκκομετρία με το ανώτερο (Γ).
• Η επεξεργασία ΑΕΑ πραγματοποιήθηκε στα δύο περατάώ (Α) (Γ)στρώματα (Α) και (Γ)
• Η κορεσμένη ζώνη έχει πάχος που ποικίλει από 13 μέχρι 27 m
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-28
Σχεδιασμός επεξεργασίας ΑΕΑ
• Τοποθετήθηκαν 62 διπλά πηγάδια σε απόσταση ~15 m.
χ μ ς ξ ργ ς
• To κάθε πηγάδι έχει δύο σωλήνες:
• Ο ένας σωλήνας είναι διάτρητος σε βάθος 20 με 30 m, για ς ή ς ρη ς β ς μ , γτην επεξεργασία του ρηχού στρώματος (Α)
• Ο δεύτερος σωλήνας είναι διάτρητος σε βάθος 33 με 43 m,για την επεξεργασία του βαθύτερου στρώματος (Γ).
• Οι σωλήνες του ρηχού στρώματος αποτελούν ενιαίο δίκτυο στο ή ς ρηχ ρ μ ςοποίο γίνεται άντληση αέρα με ογκομετρική ροή 13.5 m3/min
• Οι σωλήνες του βαθέως στρώματος αποτελούν δεύτερο δίκτυοΟι σωλήνες του βαθέως στρώματος αποτελούν δεύτερο δίκτυο στο οποίο γίνεται άντληση αέρα με ογκομετρική ροή 40 m3/min
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-29
Σχεδιασμός επεξεργασίας ΑΕΑ
• Ο αέρας από το ρηχό δίκτυο σωλήνων (Α) οδηγείται σε μονάδα επεξεργασίας με τεχνολογία C3 δυναμικότητας 13 5 m3/min
χ μ ς ξ ργ ς
επεξεργασίας με τεχνολογία C3 δυναμικότητας 13.5 m3/min
• Ο αέρας από το βαθύ δίκτυο σωλήνων (Γ) οδηγείται σε μονάδα ξ ί λ ί C3 δ ό 40 3/ iεπεξεργασίας με τεχνολογία C3 δυναμικότητας 40 m3/min
• Τα απαέρια και από τις δύο μονάδες οδηγούνται σε μονάδα προσρόφησης σε ενεργό άνθρακα (GAC, granular actvated carbon).
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-30
Διάταξη των 62 πηγαδιών
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-31
Ενδεικτικά αποτελέσματα
[ ] C0m/mg4.22
MWppmV1 o3=
[ ] C20m/mg05.24
MWppmV1 o3=
[ ] C25m/mg5.24
MWppmV1 o3=
Π.χ. C7H16: MW=100.2
1 ppm C7H16=4.1 mg/m3pp 7 16 g25oC
GEO, 2011
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-32
Ενδεικτικά αποτελέσματα
200 000 gallons=757 m3 = ~ 600 t
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-33
ΠΕΔΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ
• Α. Πτητικότητα ρύπων: Po > 1mmHg (20oC)
Παραλλαγή : θερμική ενίσχυση της εξάτμισης των ρύπων.
Εξίσωση Clausius-Clapeyron:
⎟⎞
⎜⎛
⎟⎞
⎜⎛ 11λP
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
T1
T1
Rλ
PPln oo
Για την αύξηση της θερμοκρασίας του εδάφους εφαρμόζονται διάφορεςτεχνικές, όπως:
δ έ θ ύ έ ή ύ• διοχέτευση θερμού αέρα ή ατμού,• θέρμανση με εφαρμογή ηλεκτρικών αντιστάσεων,• θέρμανση με ραδιοσυχνότητες, κοκ.
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-34
ΠΕΔΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ
• Α. Πτητικότητα ρύπων: Po > 1mmHg (20oC)
• Β.Διαπερατότητα εδαφών στον αέρα: k > 10-5 cm/sΒ.Διαπερατότητα εδαφών στον αέρα: ka 10 cm/s
Διαπερατότητα εδαφώνΔιαπερατότητα εδαφών
• Διαπερατότητα στο νερό: k (cm/s)• Διαπερατότητα στο νερό: kw (cm/s)
• Διαπερατότητα στον αέρα: ka (cm/s)2• Απόλυτη (γεωμετρική) περατότητα: K (cm2)
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-35
Διαπερατότητα εδαφώνΔιαπερατότητα εδαφών
Π ά λί ή δ έ ό Ο λ ήΠεριγράφει την ευκολία ροής δια μέσου των πόρων. Ο συντελεστήςδιαπερατότητας, k (cm/s), του κάθε ρευστού εξαρτάται από τα ιδιαίτεραχαρακτηριστικά του, δηλ. πυκνότητα (ρ) και ιξώδες (μ):
gρKk ⋅⋅=
K = η απόλυτη ή γεωμετρική περατότητα του εδάφους εξαρτάται μόνον από
μ
τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του εδάφους (cm2)ρ = η πυκνότητα του ρευστού (g/cm3)g = η επιτάχυνση της βαρύτητας = 981 cm/s2g η χ η ης β ρ η ςμ = το ιξώδες του ρευστού (g/(cm·s) ή poise)
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-36
Σχέση μεταξύ συντελεστών υδροπερατότητας, kw, αέριας περατότητας, ka, και απόλυτης περατότητας, K, για διάφορους τύπους εδαφών
Οι συντελεστές k και απόλυτης περατότητας K υπολογίστηκαν με βάση τουςΟι συντελεστές, ka, και απόλυτης περατότητας, K, υπολογίστηκαν με βάση τους συντελεστές υδροπερατότητας, kw, και τις τιμές:
ρw=1.0 g/cm3 και μw= 10-2 g/(cm⋅s) για το νερό, και:
ρa=1.2 ⋅10-3 g/cm3 και μa= 1.83 ⋅10-4 g/(cm⋅s) για τον αέρα (Τ= 20oC, P=1atm).
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-37
ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΦΑΣΗΣΑΠΟ ΤΗΝΑΚΟΡΕΣΤΗ ΖΩΝΗΦΑΣΗΣΑΠΟ ΤΗΝΑΚΟΡΕΣΤΗ ΖΩΝΗΦΑΣΗΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΚΟΡΕΣΤΗ ΖΩΝΗΦΑΣΗΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΚΟΡΕΣΤΗ ΖΩΝΗ
Άργιλος (clay):Ιλύς (silt):
0 063 0 002Άργιλος (clay):<0.002mm
0.063 mm-0.002 mm
Τρίγωνο μηχανικής σύστασης του εδάφουςΆμμος (sand):
0.063 mm-2.0 mm
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-38
ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ
Ροή αέρα στην ακόρεστη ζώνη
ί β έ ξ ώΤρείς βασικές εξισώσεις:
• Ισοζύγιο μάζας του αέρα (εξίσωση συνέχειας)
• Ταχύτητα ροής (νόμος Darcy για τον αέρα)
• Νόμος των τελείων αερίωνΝόμος των τελείων αερίων
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-39
Ισοζύγιο μάζας του αέρα για τριδιάστατη ροή ⇒
( ) ( ) ( )uρuρuρρ ⎟⎞
⎜⎛ ∂∂∂∂
ώδ δά ί ί έ ά
( ) ( ) ( ) u)ρ(zuρ
yuρ
xuρ
tρn a
zayaxaaa −∇=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂
∂+
∂
∂+
∂∂
−=∂
∂
na = το πορώδες του εδάφους το οποίο αντιστοιχεί στην αέρια φάσηρa = η πυκνότητα του αέρα, η οποία μεταβάλλεται λόγω της
ιδιότητας του αέρα να συμπιέζεται (ML-3)η ς ρ μ ζ ( )ux = η ταχύτητα του αέρα κατά τη διάσταση x (LT-1)
Ισοζύγιο μάζας για μονοδιάστατη ακτινική ροή
( )r
ruρtρrn raa
a ∂∂
−=∂
∂
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-40
Ταχύτητα ροής (Νόμος Darcy)
dPKu =
Κ = η απόλυτη περατότητα του εδάφους (L2)
drμu
ar ⋅−=
η η ρ η φ ς ( )μa = το ιξώδες του αέρα (ML-1T-1)dP/dr = η μεταβολή της πίεσης προς την κατεύθυνση r (ML-1T-2 /L)
Νόμος τελείων αερίων
RT(MW)Pρa
⋅=
MW = το μοριακό βάρος του αέρα
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-41
Για μόνιμες συνθήκεςΣυνδυάζοντας τις εξισώσεις:
PPrKP ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
∂∂
∂∂
Για μόνιμες συνθήκες
rPPr ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
∂∂
∂
rr
μK
tPn
aa ∂
⎠⎝ ∂⋅=∂∂ 0
rr =
∂⎠⎝ ∂
Αναλυτική λύση με συνοριακές συνθήκες:
• Ακτίνα γεώτρησης: r = R• Ακτίνα γεώτρησης: r = Rw
• Πίεση στη γεώτρηση: P = Pw
• Μέγιστη ακτίνα επιρροής: r = RIΜέγιστη ακτίνα επιρροής: r RI
• Πίεση στην ακτίνα RI : P = PΙ
( ) ( )( )
21
wI
w2w
2I
2w RRln
RrlnPPPP(r) ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⋅−+=
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-42
Ακτίνα επιρροής και αριθμός γεωτρήσεων
Μια από τις σημαντικότερες παραμέτρους σχεδιασμού τωνΜια από τις σημαντικότερες παραμέτρους σχεδιασμού των εγκαταστάσεων ΑΕΑ:
Πόσες γεωτρήσεις και σε ποιά απόσταση ώστε να εξασφαλισθεί η
• Θεωρητικά μέγιστη ακτίνα επιρροής: R (max) → ΔP = P P = 0
ς γ ρή ς η ξ φ ηδιέλευση του αέρα από όλα τα σημεία της ρυπασμένης περιοχής;
Προσδιορίζεται με προκαταρκτικές επιτόπιες δοκιμές:• Εφαρμόζεται κενό σε μια δοκιμαστική γεώτρηση και μετρείται η πίεση
P(r) σε απόσταση r από τη γεώτρηση.P(r) σε απόσταση r από τη γεώτρηση. • Υπολογίζουμε την ακτίνα RI από την εξίσωση:
( ) ( ) 21Rl ⎤⎡ ( ) ( )
( )wI
w2w
2I
2w RRln
RrlnPPPP(r) ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⋅−+=
2ρυπ
wA
2.1N ⋅=Αριθμός γεωτρήσεων Ν 2I
wπR
Αριθμός γεωτρήσεων Νw
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-44
Ακτίνα επιρροής και αριθμός γεωτρήσεων
2I
ρυπw
πR
A2.1N ⋅=Αριθμός γεωτρήσεων Νw
I
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-45
Ογκομετρική ροή αέρα
dPK ( ) ( ) 21Rl ⎤⎡
drdP
μKu
ar ⋅−= ( ) ( )
( )wI
w2w
2I
2w RRln
RrlnPPPP(r) ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⋅−+=
2IPP ⎥
⎤⎢⎡
⎟⎞
⎜⎛⎤⎡
( )[ ]( )
2wIw
wPP1PKu −
=( )
( )212
w
I
Iw
w
aRrlnP
PP1
RRlnrP
μ2Ku(r)
⎥⎤
⎢⎡
⎟⎞
⎜⎛ ⎞⎛
⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−⋅⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡⋅
⋅=
HuπR2Q =
( )Iwwaw RRlnR2μ
u⋅
( )( )Iw
w
w
IRRln
RrlnPP
11⎥⎥
⎦⎢⎢
⎣⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−+
HuπR2Q www =
( )[ ]2wIw PP1PKHQ − ( )[ ]
( )Iw
wIw
aw RRlnμ
πHQ =
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-46
Ογκομετρική ροή του αέρα
σε P=Pw( )[ ]
( )2
wIww RRln
PP1PμKπHQ −
= ( )Iwa RRlnμ
σε P =1 atmatm
ww
*w P
PQQ =
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-47
1.E+03Rw =5.1 cm
1 E+00
1.E+01
1.E+02
(m3 /m
/min
) RI = 12 m
1 E 02
1.E-01
1.E+00αέρα
, Q*/
H,
Pw = 0.95 atmPw = 0.90 atm
1.E-04
1.E-03
1.E-02
Ροή α
Pw = 0.85 atm
Αμμώδη Εδάφη1.E 04
1.E-09 1.E-08 1.E-07 1.E-06 1.E-05 1.E-04
Απόλυτη περατότητα, K, (cm2)
Ροή αέρα συναρτήσει της απόλυτης περατότητας σε μόνιμες συνθήκες λειτουργίας
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-48
ΑΚΤΙΝΑ ΕΠΙΡΡΟΗΣ
Γ θ ό ί ή ί όΓια τον καθορισμό της ακτίνας επιρροής γίνονται επιτόπιες δοκιμές:
• Άντληση του αέρα από ένα πηγάδι σε διάφορες τιμές Pw
• Μέτρηση της πίεσης P(r) σε διάφορες αποστάσεις, f(Pw)
• Μέτρηση της ογκομετρικής ροής αντλούμενου αέρα, f(Pw)
Υ λ ό ί ή ή ί• Υπολογισμός της ακτίνας επιρροής συναρτήσει της υποπίεσηςστη γεώτρηση
Ε ί δ ό δά• Εκτίμηση της διαπερατότητας του εδάφους
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-49
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4.1Δεδομένα:
• Διαρροή 20m3 τολουολίου από μία δεξαμενή.• Ρύπανση της ακόρεστης ζώνης σε έκταση 1250m2 και με μέσο βάθος 4m.• Προκαταρκτικές επιτόπιες δοκιμές άντλησης του αέρα σε γεώτρηση με ακτίνα Rw =
5.1cm και συνολικό διάτρητο μήκος μέσα στη ρυπασμένη ζώνη Η=4m.• Οι δοκιμές έγιναν εφαρμόζοντας κενό 0.1 atm μέσα στη γεώτρηση, δηλ. Pw = 0.9 atm.• Μετρήθηκε η πίεση σε απόσταση r=6m και βρέθηκε ίση με P(r=6m)= 0.99 atm• Η ογκομετρική ροή του αέρα στην έξοδο της αντλίας κενού ήταν 0 2 m3/minΗ ογκομετρική ροή του αέρα στην έξοδο της αντλίας κενού ήταν 0.2 m /min
Ζητούνται:α) Πόση είναι η ακτίνα επιρροής, εάν θεωρήσουμε το ελάχιστο απαιτούμενο κενό ) η η ρρ ής, ρή μ χ μσε RI ίσο με 0.001 atm. β) Πόσες γεωτρήσεις θα πρέπει να εγκατασταθούν για την αποκατάσταση της περιοχής;γ) Τι ενδείξεις έχουμε για την διαπερατότητα του εδάφους από τις παραπάνω επιτόπιες δοκιμές;
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-50
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4.1
α) Ακτίνα επιρροής : ( ) ( )( )
21
I
w2w
2I
2w RRln
RrlnPPPP(r) ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⋅−+= ( )wI RRln ⎦⎣
Pw = 0.9 atm, Rw = 0.051m, r =6 m, Pr=0.99 atm, PI=0.999 atm
RI =9 91mRI 9.91m
β) Αριθμός γεωτρήσεων: 2ρυπ
wπR
A2.1N ⋅= Nw= 4.86 ⇒ Nw=5β) ρ μ ς γ ρή
IπR
Qw=0.222 m3/min
γ) Διαπερατότητα εδάφους: atm
ww
*w P
PQQ =Qw=0.222×106/60 =3704 cm3/s
μ =1.83×10-4 g/(cm/s)
( )[ ]( )Iw
2wIw
aw RRln
PP1PμKπHQ −
=
μa 1.83×10 g/(cm/s)H=400 cm
K=1.34 10-8 cm2 Pw=0.90×1.013 106 = 0.912 106
g/(cm s2)
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-51
Ρυθμός απομάκρυνσης των ρύπων και απαιτούμενος χρόνος καθαρισμού
awwαπομ C*QNR ⋅⋅=
απομδιαρκαθ R/MT =
Θεωρητική Ca,θ: )RT/(MWPC oθ,a ⋅= Συντελεστής
αποτελεσματικότητας
Πρακτικά : Ca,μ < Ca,θ θ,a
μ,a
CC
η =
μ η ς
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-52
Ρυθμός απομάκρυνσης των ρύπων και απαιτούμενος χρόνος καθαρισμούχρ ς ρ μ
Πρακτική εμπειρία σε περιοχές ρυπασμένες με ένα ρύπο:
Η απομάκρυνση λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια:
• Ένα αρχικό στάδιο γραμμικό
• Ένα δεύτερο στάδιο με διαρκή μείωση τουΈνα δεύτερο στάδιο με διαρκή μείωση του ρυθμού απομάκρυνσης
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-53
Ρυθμός απομάκρυνσης των ρύπων και απαιτούμενος μ ς μ ρ ης ρ μ ςχρόνος καθαρισμού
• Θεωρούμε ότι η συνολική αρχική μάζα ΜΟΛ του οργανικού ρύπουαποτελείται από δύο μέρη, ΜΕΟ και ΜΔΟ:
ΔΟΕΟ Μ+Μ=ΟΛM
Ελεύθερη οργανική φάσηΜάζα ρύπου δεσμευμένη στις επιμέρους φάσεις του εδάφουςεπιμέρους φάσεις του εδάφους
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-54
Ρυθμός απομάκρυνσης των ρύπων και απαιτούμενος μ ς μ ρ ης ρ μ ςχρόνος καθαρισμού
Ρυθμός απομάκρυνσης των ρύπων και απαιτούμενος χρόνος καθαρισμούχρόνος καθαρισμού
Απομάκρυνση ΜΔΟ: 2ο μη γραμμικό στάδιο μ ρ η ΔΟ μη γρ μμ
)t(CQNηdt
dMR a*wwΔΟ =−=
dt
)t(CF)t(C ta ⋅= Μοντέλο τριών φάσεωνρ φ
)RT/(H)nn(nρfKρ)RT/(H
F dC
−++⋅
=)RT/(H)nn(nρfK Cwtwdococ −++
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-564-56
Ρυθμός απομάκρυνσης των ρύπων και απαιτούμενος χρόνος καθαρισμού
Απομάκρυνση ΜΔΟ: 2ο μη γραμμικό στάδιο
)t(CQNηdt
dMR a*wwΔΟ =−=
)t(CF)t(C ta ⋅=S
t M)t(M)t(C = )t(M
MFQNη
dtdM
S
*ww ⋅=−
)RT/(H)nn(nρfKρ)RT/(H
FCwtwdococ
dC
−++⋅
=
S
dtM
FQNη)t(M
dM
S
*ww ⋅=− t
MFQNη
)t(M)0t(Mln
S
*ww ⋅=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ =
)( S
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-574-57
Ρυθμός απομάκρυνσης των ρύπων και απαιτούμενος χρόνος καθαρισμού
Απομάκρυνση ΜΔΟ: 2ο μη γραμμικό στάδιο
)t(CQNηdt
dMR a*wwΔΟ =−=
tM
FQNη)t(M
)0t(MlnS
*ww ⋅=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ =)t(CF)t(C ta ⋅=
ΔΟM)0t(M == tM
FQNη)t(M
Mln
S
*wwΔΟ ⋅=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
⎫⎧ *
)RT/(H)nn(nρfKρ)RT/(H
FCwtwdococ
dC
−++⋅
=
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧−⋅= t
MFQNη
expM)t(MS
*ww
ΔΟ
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-584-58
Ρυθμός απομάκρυνσης των ρύπων και απαιτούμενος χρόνος καθαρισμού
Απομάκρυνση ΜΔΟ: 2ο μη γραμμικό στάδιο
)t(CQNηdt
dMR a*wwΔΟ =−=
)t(CF)t(C ta ⋅=Εάν η αποδεκτή τελική
tM
FQNη)t(M
Mln
S
*wwΔΟ ⋅=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
)RT/(H)nn(nρfKρ)RT/(H
FCwtwdococ
dC
−++⋅
=
Εάν η αποδεκτή τελική συγκέντρωση στο έδαφος είναι Ct,τελ, η αντίστοιχη αποδεκτή Μ(t): FQNη
MMC
MlnT *
ww
S
Sτελ,t
ΔΟτελ,ΔΟ ⋅⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
S,tC)t(M Μ= τελτελ
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-594-59
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4.2Δεδομένα:
• Διαρροή 20m3 τολουολίου από μία δεξαμενή.2
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4.2
• Ρύπανση της ακόρεστης ζώνης σε έκταση 1250m2 και με μέσο βάθος 4m.• Δοκιμαστική άντληση του αέρα σε γεώτρηση με ακτίνα Rw = 5.1cm και συνολικόδιάτρητο μήκος μέσα στη ρυπασμένη ζώνη Η=4m.
• Οι δοκιμές έγιναν εφαρμόζοντας κενό 0.1 atm μέσα στη γεώτρηση, δηλ. Pw = 0.9 atm.• Μετρήθηκε η πίεση σε απόσταση r=6m και βρέθηκε ίση με P(r=6m)= 0.99 atm• Η ογκομετρική ροή του αέρα στην έξοδο της αντλίας κενού ήταν 0 2 m3/min καιΗ ογκομετρική ροή του αέρα στην έξοδο της αντλίας κενού ήταν 0.2 m /min καιπεριείχε 78 mg/L τολουόλιο.
• Προσδιορίστηκαν τα χαρακτηριστικά του εδάφους στη ρυπασμένη ζώνη:
ρd =1.7 g/cm3, nt = 0.4, nw = 0.2 και, foc=0.01.• Οι αρχές απαιτούν τελική συγκέντρωση τολουολίου μικρότερη από 10mg/kg
Ζητούνται:Οι βασικές παράμετροι σχεδιασμού και λειτουργίας της εγκατάστασηςAEA
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-60
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4.2
Βήμα 1ο : Βρίσκουμε τα κύρια φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του τολουολίου από τους κατάλληλους Πίνακες (π.χ. Suthersan, 1996)1996).
Ειδικό βάρος ρ = 0.866 g/cm3
Μοριακό βάρος MW = 92 14 g/molΜοριακό βάρος MW = 92.14 g/molΤάση ατμών Po = 22 mm Hg = 22/760 = 0.0289 atmΣταθερά Henry HC = 0.00674 atm ⋅ m3/molΥδ δ λ ό S 490 /l ( / 3)Υδατοδιαλυτότητα S = 490 mg/l (g/m3)Συντελεστή Koc Koc= 102.06
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-61
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4 2ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4.2
Βήμα 2ο : Υπολογίζουμε την αρχική κατανομή του τολουολίου στο υπέδαφος
Μοντέλο 4 φάσεων
Όταν υπάρχει μη υδατική υγρή φάση στοΌταν υπάρχει μη υδατική υγρή φάση στο έδαφος (με NAPL)
Ct = Cs + (nwCw + naCa + nnCn)/ ρd (5.1)
Ca = Po ⋅X ⋅ MW/(RT) (5.2)
C = m ρ 106 (5 3)Cn = m ⋅ ρn ⋅ 106 (5.3)
Cw = S ⋅ X (5.4)
Cs = Koc⋅ foc⋅ Cw (5.5)
nt = nw + na + nn (5.6)
διαρt HA
MC = ( ) t8500
kg32017m/t71m41250
L/kg866.0L00020C 33t =⋅
=dρυπ ρHA ⋅⋅ ( ) t8500m/t7.1m41250 ⋅⋅
kg/mg2038t/kg038.2Ct ==
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-62
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4.2
Βήμα 2ο : Υπολογίζουμε την αρχική κατανομή του τολουολίουΒήμα 2ο : Υπολογίζουμε την αρχική κατανομή του τολουολίου στο υπέδαφος
Ολική Ελεύθερη NAPL
Υδατική Αέρια Στερεή
Συγκεντρώσεις τολουολίου 2038 mg/kg 866⋅103 mg/L 490 mg/L 109 mg/L 563 mg/kgγ ρ ς g g g g g g g
Βή 4 Ε ί λ ή λ ό ( )Βήμα 4ο : Εκτίμηση του συντελεστή αποτελεσματικότητας (η) και υπολογισμός του απαιτούμενου χρόνου λειτουργίας της εγκατάστασης για να επιτευχθεί η παραμένουσα συγκέντρωση 10mg/kg τολουολίου .
Από τους υπολογισμούς αρχικής κατανομής φάσεων: C =109 mg/L
4.1 Συντελεστής αποτελεσματικότητας
Από τους υπολογισμούς αρχικής κατανομής φάσεων: Ca,θ=109 mg/L
Μετρήθηκε: Ca,μ=78 mg/L714.078C
η μ,a ===
4.2 Απαιτούμενος χρόνος για απομάκρυνση ελεύθερης οργανικής φάσης, MEO
• Εφαρμόζεται συνήθως σε χαμηλό φορτίο ρύπων CΕφαρμόζεται συνήθως σε χαμηλό φορτίο ρύπων , C < 1 000 g/m3
Ο ό ά θ ί θ ί• Ο ενεργός άνθρακας μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη μορφή:
Σ ό δ ά• Σκόνης: δεν αναγεννάται
• Σφαιρικά σωματίδια : μπορεί να αναγεννηθεί
• Η αναγέννηση γίνεται με:
• Αύξηση της θερμοκρασίας ή• Αύξηση της θερμοκρασίας ή
• Μείωση της πίεσης
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-73
ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ ΣΕ ΕΝΕΡΓΟΑΝΘΡΑΚΑΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ ΣΕ ΕΝΕΡΓΟ ΑΝΘΡΑΚΑ
Διάγραμμα ροής μονάδας προσρόφησης ενεργού άνθρακα με δύο κλίνες και κύκλωμα αναγέννησης
ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 4-74
ΑΝΑΦΟΡΕΣΑΝΑΦΟΡΕΣ
FRTR, 1998. Federal Remediation Technology Roundtable (FRTR). Abstracts of remediation case studies. Volume 3, EPA 542-R-98-010, September 1998.
FRTR, 2002. Remediation Technologies Screening Matrix and Reference Guide, 4th
Edition . Prepared for U.S. Department of Defence. htt // f t / t i 2/t ht lhttp://www.frtr.gov/matrix2/top_page.html
GEO (2011). Refinery Remediation: Fuel Recovery and Recycling. http://www.geoinc.org/CaseStudies/RefinerySuperfund.pdf
USEPA 2008 EPA announces proposed plan State Road 114 ground water plumeUSEPA, 2008. EPA announces proposed plan. State Road 114 ground water plume Superfand Site Hockley Count, Texas. http://www.epa.gov/region6/6sf/texas/sr114/tx_sr114_proposed_plan.pdf
Matsuedo T 2010 Installation and Start Up of In Situ Air Sparge / Soil VapourMatsuedo, T., 2010. Installation and Start-Up of In-Situ Air Sparge / Soil Vapour Extraction (Biosparging/Bioventing) Remediation System Beneath Mall. Presentation in the RemTech2010 Conference. Environmental Services Association of Alberta (ESAA) Canada http://www esaa-Association of Alberta (ESAA), Canada. http://www.esaaevents.com/remtech/2010/pdf/10-Matsueda.pdf