Referenzen

INNOVATIVE BODENSANIERUNG

i-SAV© Sanierung – Hydraulische Injektion von 12,5 Tonnen Permanganat

AUSGANGSSITUATION

Von 1996 bis 2017 wurde auf dem Standort in Innenstadtlage eine Grundwassersicherung mittels Pump & Treat über einen Grundwasserförderbrunnen in heterogenen schluffig bis sandigen quartären Talaueschottern (kf= <<1 bis 5 m/d), welche von Opalinuston mit leicht welliger Oberfläche ab circa 7 m Teufe unterlagert wird, betrieben. Bei Abschalten der Sanierungsanlage stiegen die LCKW-Konzentrationen wieder auf ca. 900 μg/L an. Die innerstädtische Schadstofffahne erstreckte sich mindestens 70 m in den Grundwasserabstrom.

PLANUNGSPHASE

Neben geochemischen wurden geomechanische Betrachtungen in der Planungsphase vorab der Injektion zur Verhinderung von ungewollten Bodenverformungen durchgeführt.

Diese waren zur Beurteilung der Ausrichtung der injizierten Schichten im Untergrund sinnvoll, da der Einfallswinkel der Injektionsschichten abhängig ist von der stratigraphischen Schichtung / Schichtfugen (Makro, Mikro), dem Erdruhedruck (Verhältnis der Horizontalspannungen (sh) zur Vertikalspannung (sv) und der Überkonsolidierung (OCR) der geologischen Schichten.

Zudem wurden vorab Laborversuche zur Ermittlung des Bedarfs an Oxidationsmittel und der Trägermedien sowie Versuche zu den Mischungsverhältnissen von Oxidationsmittel und Trägermedien (unter Berücksichtigung der Suspensionstragfähigkeit) durchgeführt.

Bei der Bemessung der Masse an erforderlichem Oxidationsmittel ist neben der Schadstoffmasse und des Schadstoffspektrums die Ermittlung des NOD notwendig.

AUSFÜHRUNG

Die hydraulische Platzierung von circa 12,5 Tonnen Kaliumpermanganat als Feststoff wurde in den quartären schluffig bis sandigen quartären Talaueschottern und dem unterlagernden Opalinuston über 5 Injektionsbohrungen über eine Fläche von circa 300 m2 durchgeführt. Die Einbringung erfolgte mittels 67 Injektionsschichten im 30 cm Vertikalabstand im Teufenbereich zwischen 3,5 m und 8,2 m u. GOK. Eine Beaufschlagung von ungefähr 7 bis 9 kg KMnO4 pro Kubikmeter Boden konnte dadurch erzielt werden.

Sowohl die Boden- als auch die Grundwasserkonzentrationen sind signifikant reduziert worden, so dass das Gelände aus dem Altlastenkataster entlassen werden konnte.

Injektionsanlage
3D-Darstellung der eingebrachten Schichten

i-SAV© Sanierung – kombinierte Injektion von Permanganat und Persulfat

AUSGANGSSITUATION

Pilotversuch im Feldmaßstab zur LHKW-Sanierung eines Belastungsschwerpunktes „Hauptstraße“ bei gering durchlässigem Untergrund und enger Bebauung.

DURCHFÜHRUNG

Zur in-situ chemischen Oxidation und damit zur Dekomposition von chlorierten Kohlenwasserstoffen wurde über eine Injektionsbohrung 3,3 Tonnen an Permanganat und Persulfat mittels Druck über 25 Injektionsschichten zielgerichtet in die LHKW-kontaminierten Bereiche im geringdurchlässigen Ton zwischen 6 m und 11 m Teufe injiziert.

Vorab und nach der Durchführung des Pilotversuches wurden erweiterte Betrachtungen zum verbesserten Prozessverständnis durchgeführt:

  • Betrachtungen zur Genese des Kluftnetzwerkes und Rückschlüsse auf Heterogenitäten sowie Evaluation von horizontalen Schwächezonen. Basierend darauf wurden die Transportprozesse der LHKW in den Untergrund evaluiert und ein konzeptionelles Modell hinsichtlich des Transportsystems entwickelt.
  • Berechnung der konvektiven und generellen Diffusion für LHKW, Permanganat und Persulfat unter Einbeziehung der Rekationsgeschwindigkeiten der Oxidation des fast und slow NOD über Modelle. Umsetzung der Ergebnisse der Berechnungen zur Ermittlung der Verteilung des Oxidationsmittels im Untergrund.
  • Neigungsmetermessungen bereits mit Auswertung während der Injektion zur Ermittlung von Streichrichtung, Fallen. Die Mächtigkeit, das Seitenverhältnis und der Radius der injizierten Schichten (Fracs) wurden im Nachgang evaluiert.

ERGEBNISSE

  • Es konnte der rechnerische Nachweis erbracht werden, dass die Gesamtmasse an Injektat hinreichend mit den jeweiligen Massen der Einzelkomponenten im Zielbereich nach der Injektion übereinstimmt und zwei Monate nach der Injektion immer noch dort verblieben ist.
  • Durch die Erzeugung der Schichten wurde die Durchlässigkeit im Pilotversuchsbereich erheblich vergrößert, so dass die Grundwasserströmungsgeschwindigkeit lokal horizontal und vertikal deutlich zugenommen hat und die Agensverteilung a posteriori maßgeblich positiv beeinflusst werden konnte.
  • Eine signifikante Reduktion der LHKW-Summenkonzentration von 98% erfolgte im Grundwasser innerhalb des Injektionsradius.
  • Die Berechnung des Verhältnisses zwischen Fracht- und Massereduktion zeigte, dass durch die Eingabe von 3,3 t Oxidationsmittel während des Pilotversuchs nach bereits einem Jahr eine mindestens doppelt so hohe Frachtreduktion im Grundwasser im Vergleich zur Massenreduktion im Boden erfolgte.

CO2-Fußabdruck

Der CO2-Fußabdruck für die Sanierung von 163 kg LHKW wurde berechnet 1) ohne die Produktion von Permanganat und 2) inklusive der Produktion von Permanganat. Die Ergebnisse zeigten, dass während der i-SAV© Sanierung nur 15,3 kg CO2 pro kg LHKW (= 7.000 KWhel) erzeugt wurden. Wenn die während des Herstellungsprozesses des Permanganats produzierte CO2-Masse in die Berechnung einbezogen wird, wurden 88 kg CO2 pro kg LHKW erzeugt. Dies zeigt, dass der CO2-Fußabdruck der i-SAV© Sanierungstechnologie im Vergleich zu anderen Sanierungstechnologien (z.B. thermische Sanierung) gering ist und der CO2-Gesamtbedarf von der CO2-Masse abhängt, die während des Herstellungsprozesses des Sanierungsagens entsteht.

3D-Darstellung der eingebrachten Schichten
Rechnerischer Nachweis der Injektatmasse

i-SAV© Sanierung – Sandinjektionen zur Durchlässigkeitserhöhung

AUSGANGSSITUATION

Unter einem ehemaligen Tanklager besteht eine Untergrundverunreinigung mit vorwiegend BTEX. Im Bereich des mittleren Gipshorizontes besteht eine 1+ m mächtige Benzinphase, die sich im Kapillarsaum des Grundwassers des mittleren Gipshorizontes (MGH) verteilt hat. Mittels eines Pilotversuchs im Feldmaßstab sollte die Anwendbarkeit und Effizienz des i-SAV© Verfahrens mittels Einbringung von Sandstützkornschichten im Bereich der mobilen Benzinphase zur Phasenentfernung erbracht werden. Der Sand wurde dabei zielgerichtet mittels hydraulischer Stimulation in den kontaminierten Untergrund platziert. Dabei wurden 1 – 2 cm mächtige zumeist horizontale Schichten in einem Radius von bis zu 5 m um die Injektionsstelle erzeugt. Bei der Sandeingabe wurde eine Injektionsbohrung für 9 Injektionsschichten in eine Tiefe von 16 m bis ca. 20 m Tiefe in den MGH abgeteuft werden.

VORPLANUNG

Für das Design der Sandschichten wurde auch eine Grundwassermodellierung durchgeführt.

Das Bohrverfahren wurde speziell an die Standortgeologie und Injektionstechnik angepasst. Eine geeignete Bohrspitze wurde für den Bohrstrang und das Injektat entwickelt.

Bei der Injektionsanlage wurde die Injektionspumpe an das sandhaltige Gel angepasst.

Ebenso wurde die Anlage mit einem größeren Vorlagetank und verschiedenen Gerätschaften zur effizienten Gelherstellung ausgestattet. Ferner ist ein Mischtank der Injektionsanlage zum Einrühren des Sands nachgeschaltet.

Zwei redundante Injektionspumpen sorgen für eine reibungslose Injektion in den Untergrund. Eine kontinuierliche Live-Überwachung des Drucks und der Injektionsrate wird sichergestellt.

DURCHFÜHRUNG

Es wurden 11,5 t Sand mittels 9 Injektionen in den Untergrund eingebracht. Um unerwünschte Brückenbildung zu vermeiden, wurde insbesondere in der Anfangsphase mit einer etwas geringeren Beladungskapazität mit Sand als 85 Gew% injiziert.

Dem Sand inkl. Trägermedium wurden Quervernetzer und ein Reibungsminderer hinzugefügt. Im Nachgang wurde das eingebrachte Guargel mit einem Gel-Wiederauflöser überschichtet. Damit wurde der eingebrachte Sand der Formation zugänglich gemacht.

OBERFLÄCHENÜBERWACHUNG

Eine dezidierte Überwachungsmimik von Oberflächenverformungen mit Neigungsmetern und Schlauchwaagen wurde entwickelt.

Gesamthöhenänderung und temporäre Hebungen wurden innerhalb und über den Mindestradius hinaus messtechnisch mit Bodenneigungsmetern bzw. Schlauchwaagen sowohl für vertikale als auch horizontale Verformungen der Geländeoberfläche online und live überwacht.

ERGEBNISSE

Die Reichweite der Risse bzw. Sandschichten und deren Ausdehnung in der Fläche wurden mittels Bodenneigungsmeterdaten errechnet. Zusammenfassend war eine Ausrichtungstendenz mit einer Reichweite von maximal 6 m bei nahezu allen Rissen nach SW zu verzeichnen.

Zudem wurde der Nachweis erbracht, dass weitestgehend horizontale Sandschichten erzeugt wurden.

Die Ergebnisse, des nach der Injektion erneut durchgeführten Grundwassermodells zeigten, dass dort, wo die Sandschichten vorhanden und wassergesättigt sind, diese die Benzinphase zu einem Extraktionsbrunnen fördern können.

Injektion der Sandschichten