HIP-pilot ‘akoestisch saneren’

HIP-pilot ‘akoestisch saneren’

Beschrijving

Tijdens het saneren met behulp van twee-fasenextractie viel het HMVT op dat er tot 10 keer verhoogde concentraties in grondwater aan oliecomponenten werden onttrokken op momenten dat er op locatie sonisch (met 200 Hz) geboord werd (sonic drilling). Dit leidde tot de gedachte dat door het in trilling brengen van de bodem, NAPL[1] fasen gemobiliseerd kon worden. De potentiële techniek die op basis van dit mechanisme verbeterde verwijdering van verontreinigingen mogelijk kan maken werd de naam “Akoestisch Saneren” gegeven. In deze pilot wordt geprobeerd door middel van akoestische golven de mobilisatie van verontreiniging in de bodem te stimuleren. Met mobilisatie wordt hier bedoeld: “Het in de stroombaan van het grondwater brengen van onopgeloste NAPL druppels in de bodem zodat deze met de waterstroom worden meegevoerd”.

[1] NAPL: Non-Aqeous Phase Liquid. Voor het doel van deze studie hanteren we de volgende definitie: een stof of mengsel van stoffen in vloeibare vorm, slecht oplosbaar in water en daardoor in een waterig milieu als aparte vloeibare fase naast water aanwezig is.

Onderzoeksdoel

Het doel van de pilot is te onderzoeken of akoustische trillingen kunnen leiden tot mobilisatie van puur product. Het onderzoek werd in twee fasen uitgevoerd:

  1. In de eerste fase werd de invloedsfeer van trillingen vastgesteld en of ten gevolge van trillen  de beschikbaarheid van verontreinigingen werd vergroot.
  2. In de tweede fase werd een aantal parameters gevarieerd, waardoor meer in detail de toepassingsmethode kon worden vastgesteld (eerste stap optimalisatie en effectiviteit). 
Studiegebied

Het uitgangspunt voor deze HIP pilot is geweest om de toepassing van trillingen te toetsen op verontreinigde locaties met verschillen in bodemopbouw en verontreinigingstype. Er zijn experimenten uitgevoerd op een fijnzandige locatie met een ondiepe minerale olievervuiling (Botlek locatie) en op een grofzandige locatie met een VOCl verontreiniging op diepte.

Methoden

Voor het genereren van de trilling wordt gebruik gemaakt van een standaard trilnaald zoals deze normaal gebruikt wordt voor de verdichting van beton. De trilnaald functioneert standaard op een vaste, akoestische frequentie van 200 Hz (Figuur 1, 12,000 toeren per minuut).

Resultaten

De resultaten op zowel de Botlek locatie als de Doetinchem locatie geven aan dat er geen NAPL fase gemobiliseerd is. Wel is het waarschijnlijk dat op beide locaties het oplossen van NAPL gestimuleerd is. Op basis van de nieuwe inzichten uit de resultaten van het trilexperiment bij Doetinchem is de verwachting dat de optimale trilfrequentie voor gestimuleerd oplossen niet bij 200 Hz ligt maar waarschijnlijk lager. Dit omdat op de meeste locaties in Nederland de resonantiefrequentie van de bodem lager is. Wat betreft het onderliggende mechanisme van mobilisatie lijkt het onwaarschijnlijk dat trilling van de NAPL druppeltjes zelf de mobilisatie veroorzaakt. Naarmate een object kleiner wordt gaat de resonantiefrequentie omhoog, waardoor er voor druppels veel hogere frequenties nodig zijn. Tegelijkertijd gaat de invloedstraal van de trilling in de bodem omlaag. Aangezien de verwachte resonantiefrequentie voor een NAPL druppeltje op korrelschaal duizenden malen kleiner is dan voor de grond als geheel is de invloedstraal naar verwachting nihil (mm). Een verstorende werking op NAPL fasen door akoestische trillingen komt dus waarschijnlijk voort uit resonantie van de bodem als geheel. Zoals getoond in dit onderzoek heeft de frequentie waarbij dit gebeurd ook een veel grotere invloedstraal. Op de locatie Doetinchem werd waarschijnlijk licht versterkte oplossing (+3%) van NAPL fase geobserveerd. Deze vrachtverwijdering is klein in vergelijking tot de potentie van het mobiliseren van NAPL fasen waar naar gezocht werd in de hypothese van deze HIP-pilot. In het licht van de mogelijkheden om locaties met NAPL verontreinigingen door middel van akoestische trillingen versneld te kunnen saneren, is het verhogen van de oplossnelheid dus weinig effectief. Om werkelijk verhoogde vrachtverwijdering mogelijk te maken moet er naast de generatie en mobilisatie van kleine NAPL druppeltjes ook een voldoende grote grondwaterstroming zijn om ze mee te voeren.  De mate waarin akoestische trillingen een verstorend effect op een NAPL kunnen hebben, hangt, naast de trillingsfrequentie, ook af van de energie waarmee deze de NAPL bereiken. Daarmee is ook de positie van de trillingsbron ten opzichte van de ruimtelijke verdeling van NAPL fasen in de bodem van belang. De frequentie die tijdens sonic drilling (200 Hz) gebruikt wordt is weliswaar niet optimaal, maar gezien het hoge energieniveau waarmee dit gepaard gaat, zal NAPL in de nabijheid van de boorlocatie waarschijnlijk toch beïnvloed worden. Dit verklaart waarschijnlijk de praktijkobservaties die aanleiding gaven tot dit onderzoek. De ruimtelijke verdeling van NAPL fasen, met name die van DNAPLs, zijn in veelal in de praktijk de grootste onbekende. Verbeterd inzicht in die verdeling op locaties, kan dus helpen bij de beschouwing of de (geplande) sonic drilling locatie(s) mogelijk tot verstoring van de NAPL fasen kan leiden. Het effect van deze verstoring hangt naar verwachting ook af van de verzadigingsgraad waarmee de NAPL in de bodemporiën aanwezig is. Voor DNAPL fasen met hoge porie verzadigingsgraden, zoals van met name zaklagen, moet rekening gehouden worden met mogelijk negatieve effecten als het verder wegzaken van de NAPL fase. Voor residuaire porieverzadigingen is het waarschijnlijk dat de verstoring hooguit tot het beter toegankelijk maken van de NAPL fasen leidt. Dit kan de oplossing versnellen. Op basis van de resultaten uit deze studie is dat effect gering, en is het niet kosteneffectief om alleen met dat doel de trillingen in de bodem te brengen. Mogelijk kan echter een verbeterde toegankelijkheid de werking van ingebrachte remediatiemiddelen verbeteren. Om hier uitsluitsel over te geven zou de werking en kosteneffectiviteit hiervan zou verder onderzocht moeten worden.

Figuur: voorbeeld van een grafiek waarin concentratie VOCL en frequentie worden weergegeven.

Conclusies en aanbevelingen

Om van deze mogelijk positieve effecten te profiteren kan men, waar mogelijk, het uitvoeren van sonic drilling laten samen vallen met de actieve saneringmaatregelen (bv NAPL extractie of ISCO). Ten behoeve van een verbeterd begrip onder welke condities trillingsgedrag wel mobilisatie van NAPL fasen veroorzaakt zouden de saneringscondities (bv. de hoeveelheid vrachtverwijdering) voor en tijdens actieve sonic drilling kunnen worden vergeleken.

Toegevoegde rapporten:
akoestisch saneren

Gerelateerde technieken en cases
Gerelateerde technieken:
2017-10-21T18:52:46+00:00