Quá trình trích ly hơi trong đất (SVE)

SOIL VAPOR EXTRACTION Tổng quan Q trình trích ly đất (SVE) công nghệ khắc phục hậu chỗ làm giảm nồng độ thành phần dễ bay sản phẩm dầu khí hấp phụ đất khơng bão hòa Trong cơng nghệ này, áp suất chân không ứng dụng vào đất tạo gradient áp lực đẩy phía giếng trích ly Thành phần dễ bay dễ dàng loại bỏ thông qua giếng Hơi chiết sau xử lý thải bầu khí chơn lấp bề mặt(nơi cho phép) Công nghệ chứng minh hiệu việc giảm nồng độ hợp chất hữu dễ bay (VOC) số chất hữu SVOCs tìm thấy sản phẩm dầu khí lòng đất( bể chứa ngầm UST) nhiều nơi SVE thành công áp dụng cho chất dễ bay xăng dầu Còn nhiên liệu Diesel, dầu sưởi ấm, dầu lửa có tỉ trọng lớn so với xăng nên việc xử lí SVE khó khăn, chất bị loại bỏ ảnh hưởng Sinh vật (Xem Chương III) Đánh giá kế hoạch hành động khắc phục hiệu (CAP) đề xuất SVE biện pháp khắc phục cho đất bị ô nhiễm dầu mỏ Quá trình đánh giá, tóm tắt sơ đồ dòng chảy thể Chú thích II-3, quy trình cho định bạn làm cho trình đánh giá Danh sách kiểm tra cung cấp vào cuối chương sử dụng cơng cụ để đánh giá tính đầy đủ CAP Q trình đánh giá chia sau bước • • • • Bước 1: Sàng lọc ban đầu cho hiệu SVE: Đánh giá hiệu SVE, SVE hiệu quả, hiệu vừa phải, không hiệu Bước 2: Đánh giá chi tiết hiệu SVE: cung cấp tiêu chí sàng lọc để xác nhận cho dù SVE hiệu Để hoàn thành việc đánh giá chi tiết cần phải tìm đất cụ thể đặc điểm thành phần thuộc tính đất, định nghiên cứu thí điểm cần thiết để xác định hiệu đưa kết luận SVE có khả giải vấn đề vùng đất Bước 3: Đánh giá thiết kế hệ thống SVE: cho phép xác định việc thiết kế phù hợp với liệu nghiên cứu nghiên cứu thí điểm khác trước hay chưa, thành phần thiết kế cần thiết cố định, liệu thiết kế dòng chảy q trình xây dựng phù hợp với tiêu chuẩn thực hành Bước 4: Đánh giá kế hoạch hoạt động giám sát: cho phép ta xác định xem điểm bắt đầu-kết thúc, xác định phạm vi tần số để đưa biên pháp khắc phục hậu thích hợp có Hình I: mơ hình SVE điển hình Ưu điểm SVE • • • • • • • Sẵn có, thiết bị, cơng nghệ đơn giản Hiệu xử lí cao Tối thiểu xáo trộn đến hoạt động khối đất Thời gian xử lí ngắn: thường từ tháng năm điều kiện tối ưu Chi phí cạnh tranh Dễ dàng kết hợp với cơng nghệ khác Phương pháp sử dụng tòa nhà địa điểm mà khơng thể khai quật, vùng đất có tính thấm thấp đất phân tầng Nhược điểm • • • • Khó xử lý 90% nồng độ ô nhiễm Hiệu chắn với đất thấm phân tầng Có thể tốn cho xử khí trích ly xả khí vào khơng khí, phát thải cần giấy phép xả thải Chỉ xử lý khu vực đất - khơng bão hòa Sàng lọc SVE hiệu Xác định SVE làm việc địa điểm định không đơn giản Kinh nghiệm tính tốn cần thiết cần phải có Tuy nhiên chìa khóa để định SVE biện pháp khắc phục khả thi cho địa điểm cụ thể là: Tính thấm đất bị nhiễm dầu mỏ Tính thấm xác định tỷ lệ mà đất trích xuất Biến động thành phần dầu khí Biến động xác định tỷ lệ (và mức độ) mà thành phần dầu khí bốc từ đất hấp phụ nhà nước để nhà nước đất Ví dụ: loại đất (đất sét, bùn, cát,…) xác định tính thấm loại đất Đất hạt mịn (đất sét bùn) có tính thấm thấp so với đất hạt thô (đất cát, sỏi) Các biến động sản phẩm dầu mỏ thành phần thước đo khả bay Bởi sản phẩm dầu mỏ phức tạp, từ thành phần hóa học hỗn ta xác định khoảng xấp xỉ điểm sơi Chú thích II-4 công cụ sàng lọc ban đầu mà bạn sử dụng để đánh giá hiệu tiềm SVE cho địa điểm định Cung cấp loạt tính thấm cho loại đất điển phạm vi biến động (dựa phạm vi nhiệt độ sôi) cho sản phẩm dầu khí điển hình Sử dụng cơng cụ sàng lọc để đưa đánh giá ban đầu tiềm hiệu SVE Sử dụng công cụ này, bạn nên quét CAP xác định loại đất loại sản phẩm xăng dầu đât Phụ lục 4: Sàng lọc ban đầu cho hiệu SVE Đánh giá chi tiết hiệu SVE Khi hoàn thành việc sàng lọc ban đầu xác định SVE có hiệu đất có sản phẩm xăng dầu diện, ta tiếp tục rà soát CAP để xác nhận tính hiệu SVE Bắt đầu cách xem xét hai yếu tố chính: (1) Tính thấm đất (2) Thành phần không ổn định- bay Ảnh hưởng kết hợp hai yếu tố dẫn đến khối lượng chất gây ô nhiễm ban đầu giảm thực SVE nồng độ hợp chất bay đất ( đất ) bị giảm Phụ lục 5: Tham số quan trọng để đánh giá tính thấm bay thành phần Độ thấm đất Thành phần bay Tính thấm chất Áp suất Cấu trúc đất phân tầng Thành phần điểm sôi Độ sâu mực nước ngầm Định luật Henry Độ ẩm Phần lại phần mô tả thông số, quan trọng với SVE, phương pháp xác định, giá trị mà SVE có hiệu YẾU TỐ GĨP PHẦN TẠO NÊN TÍNH THẤM CỦA ĐẤT Tính thấm chất Là thước đo khả truyền chất lỏng đất yếu tố quan trọng xác định hiệu SVE Dãy tính thấm chất có 12 giá trị dạng luỹ thừa 10 ( từ 10 -16 đến 10-3 cm2) thích hợp với nhiều vật liệu đất, dãy giá trị ứng dụng cho loại đất thơng thường có giới hạn ( 10-13 đến 10-5 cm2) Đất có hạt thơ (cát ) có tính thấm lớn đất có hạt mịn (đất sét bùn cặn ) Khả đất cho lưu thơng khí quan trọng SVE, mà lại bị giảm có mặt nước đất, nước chặn mao quản cản trở luồng khí Điều quan trọng đất hạt mịn, loại đất có xu hướng giữ nước Tính thấm xác định cách tiến hành kiểm tra độ thấm nghiên cứu thí điểm SVE, phòng thí nghiệm cách sử dụng mẫu đất từ vị trí xác định Phương pháp thử nghiệm mô tả EPA (1991a) Sử dụng giá trị trình bày Phụ lục II-6 để xác định tính thấm chất có phạm vi hiệu SVE hay không k >=10-8 cm2 10-8 >=k >=10-10 k < 10-10 cm2 Phụ lục 6: Tính thấm chất hiệu SVE Tính thấm chất Hiệu SVE Nói chung có hiệu cm2 Có thể có hiệu quả, cần đánh giá thêm Khơng hiệu Tại vị trí đất vùng bão hòa cũngnhuw vùng khơng bão hòa, hệ số thấm đất sử dụng để ước định tính thấm đất Hệ số thấm hệ số đo lường khả truyền nước đất Hệ số thấm xác định từ kiểm tra tầng nước ngầm Chuyển đổi hệ số thấm sang tính thấm nội tại: k'=K(µ/ρg) k = tính thấm nội (cm2) K = hệ số thấm (cm/s) μ = độ nhớt nước (g/cm.s) ρ = mật độ nước (g/cm3) g = gia tốc trọng trường (cm/s2) Tại 20°C: μ / ρg = 1,02 10-5 cm.s Để chuyển đổi k từ cm2 sang Darcy, nhân 108 Cấu trúc đất phân tầng Cấu trúc phân tầng đất quan trọng tính hiệu SVE ảnh hưởng cách nơi đất đất di chuyển điều kiện trích ly Đặc trưng cấu trúc vết nứt nhỏ dẫn đến độ thấm cao dự kiến số thành phần đất định (chẳng hạn như: đất sét ) Tuy nhiên, khả dòng chảy tăng lên bị giới hạn mơi trường bão hòa khơng phải mơi t rường chưa bão hòa, dẫn đến việc không hiệu kéo dài đáng kể thời gian thực Sự phân tầng đất với độ thấm khác gia tăng lưu lượng đất tầng thấm nhiều làm giảm đáng kể dòng đất thơng qua tầng thấm Có thể xác định cấu trúc hạt phân tầng đất cách xem xét đất khoan làm giếng kiểm tra mặt cắt địa chất Độ sâu nước đất Sự biến động mực nước ngầm cần xem xét thực CAP Sự biến động đáng kể theo mùa hàng ngày (thủy triều lượng mưa) nhấn chìm số đất nhiễm phần trích ly, cản trở luồng khơng khí Điều quan trọng giếng trích ly theo chiều ngang, nơi màng song song với mặt mực nước Phương pháp SVE nói chung khơng thích hợp với điểm có mực nước ngầm feet bên mặt đất Đối với điểm có mực nước ngầm 10 feet bên mặt đất cần xem xét đặc biệt nước ngầm trào lên áp lực chân không giếng SVE, che kín màng giảm loại bỏ dòng đất bị hút chân không Sử dụng Phụ lục II-7 để xác định độ sâu mực nước liên quan đến hiệu SVE Độ ẩm Độ ẩm cao đất làm giảm tính thấm đất hiệu SVE cách hạn chế dòng chảy khơng khí thơng qua lỗ rỗng đất Luồng khơng khí đặc biệt quan trọng đất rìa mao quản , nơi phần lớn thành phần tích lũy Đất hạt mịn tạo rìa mao quản dày đất hạt thơ Độ dày rìa mao quản thường xác định từ mặt cắt lỗ khoan (tức là, rìa mao mạch, đất thường mơ tả ẩm ướt) Rìa mao quản thường kéo dài từ inches đến feet độ cao nước ngầm Nói chung SVE khơng có hiệu việc loại bỏ chất gây nhiễm từ rìa mao quản Khi kết hợp với cơng nghệ khác (ví dụ, bơm - xử lý để giảm mực nước sục khí từ rìa mao quản), hiệu suất hệ thống dựa SVE tăng lên đáng kể Phụ lục 7: Độ sâu nước ngầm ảnh hưởng đến hiệu SVE (1feet = 30,48cm) Độ sâu nước ngầm Hiệu SVE >10 feet Hiệu feet 10feet • Chiều sâu chất nhiễm ( 25 feet) dùng cho SVE khu vực xử lý bị lập khỏi khí vật liệu có độ thấm thấp Chúng sử dụng để giúp ngăn ngừa luồng khơng khí ngắn mạch khỏi khí vùng cạn Giếng thụ động có ảnh hưởng trừ chúng khơng đặt gần giếng trích ly Ngồi ra, việc bơm khơng khí sử dụng để loại bỏ khu vực tích lũy tiềm tàng (các khu vực khơng có dòng chảy) đơi tồn giếng trích ly Giếng bơm khơng khí tương tự xây dựng giếng trích ly thiết kế với khoảng thời gian sàng lọc dài để đảm bảo dòng chảy khơng khí đồng Lực giếng bơm hoạt động nén khí vào đất Giếng thu khí thụ động đơn giản cung cấp đường giúp giếng trích ly kéo khơng khí xung quanh xuống bề mặt Giếng bơm khí nên đặt để loại bỏ khu vực ứ đọng không nên đặt mà khí bơm nén chất gây nhiễm xuống nơi ma khơng phục hồi Đệm bề mặt Đệm bề mặt nằm hệ thống thiết kế SVE để ngăn chặn xâm nhập nước bề mặt mà làm giảm tốc độ dòng khí, giảm phát thải khơng bền, ngăn chặn luồng khơng khí ngắn mạch thẳng đứng, tăng ROI thiết kế Những kết hồn thành đệm bề mặt buộc khơng khí từ khoảng cách lớn xuống giếng trích ly Nếu đệm bề mặt sử dụng, áp suất gradients thấp hơn, kết vận tốc dòng chảy giảm Điều kiện đòi hỏi chân khơng cao áp dụng cho giếng trích ly Bơm hạ nước ngầm Bơm hạ nước ngầm cần thiết khu vực mực nước ngầm cạn Bơm hạ nước ngầm làm giảm tràn nước vào giếng trích ly, giảm mực nước cho phép khối lượng lớn đất khắc phục Bởi việc hạ nước ngầm bị ảnh hưởng giếng bơm, giếng phải đặt để bề mặt nước ngầm bị hạ tất khu vực mà SVE diễn Tuy nhiên, bơm hạ nước ngầm, tạo thêm dòng chất thải đòi hỏi phải xử lý thích hợp: • • Nước ngầm bị nhiễm với hydrocacbon hòa tan; Hydrocarbon lỏng Hệ thống xử lý Hơi trích ly chứa nồng độ VOC vượt giới hạn khí thải tiểu bang địa phương Phương pháp xử lý sẵn có bao gồm hạt than hoạt tính (GAC), q trình xúc tác oxy hóa, q trình oxy hóa nhiệt GAC lựa chọn phổ biến cho xử lý ln có sẵn, hoạt động đơn giản, cạnh tranh chi phí .Tuy nhiên, xúc tác oxy hóa, nhìn chung kinh tế so GAC tải lượng chất gây ô nhiễm cao Tuy nhiên, trình xúc tác oxy hóa khơng khuyến nghị nồng độ thành phần hóa học dự kiến trì mức lớn 20% giới hạn nổ thấp (LEL).của Trong trường hợp này, chất oxi hóa thường sử dụng nồng độ cao, đủ cho đốt cháycác thành phần Máy lọc sinh học, lên với kỹ thuật xử lý pha sinh học, sử dụng với 10% LEL, có hiệu chi phí , xem xét Đánh giá kế hoạch vận hành giám sát Hãy chắn hệ thống hoạt động kế hoạch giám sát phát triển cho hai giai đoạn khởi động hệ thống cho hoạt động lâu dài Vận hành giám sát cần thiết để đảm bảo hiệu suất hệ thống tối ưu hóa loại bỏ khối lượng chất gây ô nhiễm VẬN HÀNH KHỞI ĐỘNG Giai đoạn khởi động nên bao gồm từ đến 10 ngày điều chỉnh van phân phối Các điều chỉnh nên tối ưu hóa loại bỏ khối lượng chất gây ô nhiễm cách tập trung áp lực chân khơng giếng trích ly sản xuất với nồng độ chất gây ô nhiễm cao hơn, tối ưu hóacân lưu lượng loại bỏ khối lượng chất gây nhiễm Đo lường dòng chảy, đo chân không, nồng độ ghi nhận hàng ngày từ lỗ thơng trích xuất, từ ống dẫn, từ ống khói dòng thải VẬN HÀNH DÀI HẠN Giám sát dài hạn nên bao gồm cân lưu lượng dòng chảy, đo áp lực, đọc nồng độ Đo lường diễn hai tuần lần với khoảng thời gian hàng tháng thời kỳ vận hành hệ thống GIÁM SÁT TIẾN ĐỘ XỬ LÝ Giám sát hiệu suất hệ thống SVE việc giảm nồng độ chất gây ô nhiễm đất cần thiết để xác định tiến độ xử lý tiến hành tốc độ hợp lý Khối lượng bị loại bỏ khoảng thời gian giám sát dài hạn tính tốn cách sử dụng nồng độ nước phép đo lưu lượng dòng chảy thực đường ống phân phối Việc loại bỏ khối lượng tức thời tích lũy sau vẽ theo thời gian Khối lượng chất gây ô nhiễm loại bỏ thời gian vận hành tính cách sử dụng phương trình cung cấp Mối quan hệ sử dụng cho giếng trích ly (và sau đạt tổng cộng) cho tồn hệ thống , tùy thuộc vào liệu giám sát có sẵn M = C Q T Trong đó: M = khối lượng tích lũy loại bỏ (kg) C = nồng độ (kg/m3) Q= Lưu lượng dòng chảy trích ly (m / h) T = thời gian hoạt động (hr) Thông thường, tiến độ xử lý hệ thống SVE thể hành vi tiệm cận với việc giảm nồng độ loại bỏ khối lượng tích lũy (Xem thích 18.).Tại thời điểm này, thành phần nước nên xác định so sánh với mẫu đất.Sự so sánh xác nhận có thay đổi thành phần dạng bay Mẫu đất cho biết thành phần mức độ chất nhiễm sót lại Khi hành động tiệm cận bắt đầu xảy ra, người vận hành nên đánh giá chặt chẽ giải pháp thay tăng tỷ lệ loại bỏ khối lượng chẳng hạn tăng dòng chảy đến giếng nước trích ly với nồng độ cao cách chấm dứt trích ly từ giếng trích ly với nồng độ thấp rung động Rung động liên quan đến việc tắt máy định kỳ vận hành khởi động giếng trích ly phép môi trường bề mặt đến trạng thái cân (tắt máy) sau bắt đầu trích ly lại (khởi động) Các bước khác tích cực để kiềm chế hành động tiệm cận bao gồm cài đặt giếng tiêm bổ sung giếng trích ly ... hấp phụ nhà nước để nhà nước đất Ví dụ: loại đất (đất sét, bùn, cát,…) xác định tính thấm loại đất Đất hạt mịn (đất sét bùn) có tính thấm thấp so với đất hạt thơ (đất cát, sỏi) Các biến động sản... cách chia tổng lưu lượng trích ly cho tốc độ dòng chảy đạt giếng Số giếng cần = ɛ= tính xốp đất (m3 nước/ m3 đất) V= thể tích đất khu vực xử lí( m3 đất) q= tốc độ trích ly từ giếng ( m3 nước/h)... giếng nước trích ly với nồng độ cao cách chấm dứt trích ly từ giếng trích ly với nồng độ thấp rung động Rung động liên quan đến việc tắt máy định kỳ vận hành khởi động giếng trích ly phép mơi