STATUS FOR TERMISK OPRENSNING Gorm Heron, Ph.D. Ingeniør TerraTherm, Inc.
[email protected]
Termisk oprensning - overblik Treated vapor to atmosphere Vapor treatment
Extraction well Heater wells Power distribution system
Knockout pot Heat exchanger
Blower
Pump Water treatment Transformer
Discharge Vapor cap
Temperature and pressure monitoring holes
Treatment area foot-print
Mest anvendte termiske metoder Thermal Conduction Heating (TCH), or In-Situ Thermal Desorption* (ISTD)
Electrical Resistance Heating (ERH) – Joule Heating
Steam Enhanced Extraction (SEE) – Steam Injection
Comparison
Sand Clay
Stoffer/grupper som kan oprenses • • • • • • • • • • • •
Chlorinated Ethanes and Ethenes Oil products, BTEX Coal Tar Creosote PAHs, Naphthalene PCBs Chlorobenzenes Pentachlorophenol (PCP) Dioxins Mercury Many pesticides Mixtures
Hvis det har et kogepunkt på under 500oC kan det renses termisk Hvis kogepunktet er under 150-200oC behøves kun opvarmning til 100oC
Termisk anvendes i mange geologier Loring Edwards Prague: VZ
Hitachi, SC
From Freeze & Cherry,1979
Lowry Landfill Portsmouth, OH Richmond, CA Young Rainey STAR, FL
Eugene, OR Visalia Pole Yard, CA
Poleline Rd NPL CVOC Site, CA Hill AFB
Fordeling mellem metoderne ISTD SEE
ERH
ISTD i alle typer geologi med moderat vandflow ERH mest i lavpermeable sedimenter (ler, silt) SEE hvor der er permeabelt (0.1 darcy og op) Kombinationer
Mekanismer – for klorerede VOC’er • Udell et al. (1991) • Udell (1996) • Davis (1997) • Imhoff et al. (1997) • Sleep and Ma (1997) • Heron et al. (1998a,b,c) • Knauss et al. 2002
Vapor pressure (atm)
1.5
1.0 • Eutektisk temperatur
• Steam drive
0.5 0.0
80 70 60 50 40 30 20 10 0
20
40
oC
60
80
0
100
20
40
60
80
Interfacial tension PCE-water
2000 1600 1200 800 400 0
20
40
oC
0
100
20
oC 2400
0
1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
60
80
100
0
20
40
60
80
100
Henry's law constant ( - )
0
Surface tension (mN/m)
Viscosity (mPa s)
2.0
1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
Solubility (mg/L)
Density (g/mL)
Fysiske parametre - temperatureffekter
40
oC
60
7 6 5 4
80
100
1 mm
3 2 1 0 0
20
oCPoint SEE demonstration] [Udell et al. 1999; Alameda
40
60
80
100
oC
Water TCE PCE
Fra Heron et al. 2006
Damptryk vs. temperatur TCH
ERH, SEE, TCH
ry
PC B s (12 42 – 1260 Diox ) ins
ne
Merc u
200
N ap h thale
Trichlor
300
roethe ne
400
Perchl o
oethene
Vapor Pressure (mm Hg)
500
100
0 0
50
100
150
200
250
300
350
400
Temperature (°C) SVOC behandling: Temperaturer mellem 125 og 400oC
450
Pre Thermal Remediation
Post Remediation
Mekanismer, opsamling
• Flygtige stoffer: Fordampning vigtigst • SVOC: Fordampning + desorption + nedbrydning
100
Temperatur (C) 200
300
Unsaturated zone SVOC, complete removal
Depth
VOC
SVOC, partial removal
Saturated zone
SVOC, dewatered
Antal projekter USA
Danmark
Resten af verden
25+5 ISTD 20+10 SEE 80+10 ERH
3+2 ISTD 6 SEE 0 ERH
3+2 ISTD 10 SEE 5 ERH
150 projekter Mange kommercielle Flest ERH
11 projekter Primært offentligt financieret
20 projekter
Signaturforklaring: 25+5 = 25 (fuldskala) +5 (pilot test)
Knullen, Odense TCH og damp kombineret COC’s: PCE, (800 kg - 4.000 kg) TTZ
Dybde: 2-14 m Volumen: Ler: 2.000 m3, Sand 750 m3
Under idriftværende renseri! Totalt 21 mio. kr.
Number of HV-borings: 45
Knullen - koncept
Steam injection wells:
9
Steam extraction wells: 3 0
Fyld 2
4
Ler
m.u.t.
6
8
10
12
Primaert magasin sand
14
16
Damp
Multifase ekstraktion
ISTD varme
Vakuum
Boring GJ1
Dybde Tørstof TCM
TCA
TCM
TCE
PCE
Knullen m.u.t. % - Resultater 1,1,1 4,4-4,5
94,0
-
-
-
-
1,1
6,2-6,8
92,0
-
-
-
-
0,014
8,0-8,1
91,0
-
-
-
-
0,34
9,4-9,6
90,0
-
-
-
0,29
4,4
9,759,9
91,0
-
-
-
0,12
1,2
4,2-4,4
90,0
-
-
-
-
-
6,1-6,2
90,0
-
-
-
-
-
7,7-7,9
93,0
-
-
-
-
0,033
9,8-9,9
91,0
-
-
-
-
-
GJ3
3,6-3,8
94,0
-
-
-
-
0,44
GJ4
2,7-2,9
100,0
-
-
-
-
-
GJ5
4,2-4,3
94,0
-
-
-
-
-
4,5-4,6
96,0
-
-
-
-
-
6,2-6,3
99,0
-
-
-
-
-
GJ2
- <0,005 mg/kg
TCH og damp kombineret
Skuldelev ISTD projekt COC’s: PCE (4000 kg) Dybde: 7,5 m Areal: 250 m2 Volumen: 1.600 m3 TTZ Sheet piling
Lake
ISTD-boringer:
53
Vakuum boringer:
21
Vater ekstraktionsboringer: 3
ISTD-heater Water extraction boring Vacuum boring
Building
Reerslev ISTD projekt COC: PCE (10.000 kg) Dybde: 8 m i ler Areal: 16.600 m2 Volumen: 17,300 m3
Hvad med fjeld/kalk/sten?
TerraTherm eksempel: ISTD system
Conceptual Cross-Section Through Treatment Zone (hemmelig kunde i South Carolina) Fill/Saprolite 30 ft
Saprolite 75 ft 90 ft
Weathered BR
BR – FRX Gneiss
Treatment zone = 8,700 cy (6.100 m3)
55 ft
Heater Vacuum Well
To off gas treatment
Heater Well Fill/Saprolite 30 ft
Saprolite
55 ft
75 ft 90 ft
Weathered BR
BR – FRX Gneiss grout Boosted
Temperature Profiles at Thermocouples T1 - T7 Temperature - oF 50
70
90
110
130
150
170
190
210
230
250
0
Fill 10
Starting Temperature Profile
20
Saprolite
Depth - Ft
Heated Interval
30 40 50 60
Weathered Bedrock
70 80 90
BR – FRX Granite
Boiling Point H2O
2/1/2007 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
Temperature Profiles at Thermocouples T1 - T7 Temperature - oF 50
70
90
110
130
150
170
190
210
230
250
0
Fill 10 20
Saprolite
Depth - Ft
30 40 50 60
Weathered Bedrock
70 80 90
BR – FRX Granite
2/27/2007 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
Final Temperatures Within Treatment Zone Temperature Profiles at Thermocouples T1 - T7 Temperature - oF 50
70
90
110
130
150
170
190
210
230
250
0 10
Fill
20
Saprolite
Depth - Ft
30 40
50 60
Weathered Bedrock
70 80
90
BR – FRX Granite
5/29/2007 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
Mass Removal During ISTD Treatment
18.0
7.00
16.0 6.00
~12,000 lbs of TCE
14.0
5.00
4.00
10.0
8.0
3.00
6.0 2.00
4.0 1.00
2.0
0.0
0.00 0
15
30
45
60
75
90
105
Days after Initial Startup (Jan 29, 2007) Removal Rate
Total Removed
120
135
150
Total Removed (Tons)
Removal Rate (lbs/hr)
12.0
Confirmation Soil Data From ISTD Project in SC μg/kg TCE 1
10
100
1,000
10,000
100,000
1,000,000
10,000,000
100,000,000
0
10
20
ft bgs
30
40
Location 1 50 Location 2 Location 3
60
Min. Soil Conc. For DNAPL foc: 0.05% - 0.1% n: 0.3-0.35
70
80
ND
Cleanup Objective: 95% UCL of mean less than 60 μg.kg
DNAPL
90
95% UCL of mean TCE conc. = 17 μg/kg
Location 4 Location 5 Location 6 Max Pre-Treatment
56 Samples
Termisk for pengenes skyld – Richmond, CA
$5M
$2M
Sold to developer: Value as Brownfield: ISTD remedial cost: Net profit to owner ~
$12M ($300M)
$12M $ 5M $ 2M $ 5M
Termisk med tidspres - Brownfield Site i Syracuse, New York
Tidligt 2006
Sent 2006
Cleanup Standard (mg/kg) PCE < 5.60 TCE < 2.80 VC < 0.80 t-1,2-DCE < 1.20 TVOC <10.40 ALL ACHIEVED
11/28/2007
Konklusioner • Ikke experimentelle metoder længere! • Over 100 fuld-skala oprensninger • Al DNAPL fjernes • Kan rense til under 1 mg/kg • Også fjeld • Garantier og tidspres OK • Markedskræfter
• Mest CVOC DNAPL grunde (TCE, PCE) • ERH brugt mest til flygtige stoffer • ISTD kan ogsaa klare mindre flygtige stoffer, og i opsprækkede medier • Damp bruges mest til assistance – og til store grunde med høj permeabilitet
Hvad arbejdes der videre med nu? • Optimering af resourcer og pris • Bæredygtighed - livscyklusperspektiv
Kloge spørgsmål? Kommentarer?
[email protected] 00-1-661-823-1620
100
TESVE
200
Nafthalen Phenol Xylener PCE, toluen TCE Benzen TCA
Termisk ledningsevne
300
Fluoranten Phenantren PCB’er
Dampinjektion
400
Elektrisk opvarmning
Temperatur oC 500 Benz(a)pyren
Dynamic Underground Stripping, DUS
Teknikker og temperaturer
Modificeret efter Tom Heron, NIRAS
In-Situ Thermal Desorption and Destruction for stoffer med kogepunkter over 200oC Afdampning og desorption 125oC to 400oC
Nedbrydning
400oC to 800oC
Til behandling
1 to 2 feet
HeaterOnly Well
HeaterVacuum Well
