Εξυγίανση Υπογείων Υδάτων µε Συγκλίνοντα Φράγµατα και ιόδους. Εφαρµογή Πεδίου µε ΒΤΕΧ

Transcript

1 Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 79 Εξυγίανση Υπογείων Υδάτων µε Συγκλίνοντα Φράγµατα και ιόδους. Εφαρµογή Πεδίου µε ΒΤΕΧ Σ.Η ΓΑΡΜΠΗ Ε.Ι. ΓΕΝΕΙΑΤΑΚΗΣ Γ.Π. ΚΑΡΑΤΖΑΣ Μηχανικός Περιβάλλοντος Μηχανικός Περιβάλλοντος Αναπλ. Καθηγητής Π.Κ Περίληψη Σκοπός της µελέτης αυτής είναι η διερεύνηση του συστήµατος Συγκλινόντων Φραγµάτων και ιόδων (Funnel and Gate) και η προσοµοίωση της ροής του υπογείου ύδατος και της µεταφοράς µάζας, µε τη χρήση του µοντέλου ARGUS ONE και του κώδικα PTC για την εύρεση της βέλτιστης διάταξης του συστήµατος αυτού. Το σύστηµα των Συγκλινόντων Φραγµάτων και ιόδων είναι µια νέα in situ τεχνολογία παθητικής εξυγίανσης του ρυπασµένου υπογείου ύδατος. Ο τύπος αυτός του υπογείου φράγµατος χρησιµοποιεί υλικά µικρής διαπερατότητας για την τροποποίηση της ροής του υπογείου ύδατος έτσι ώστε να διέρχεται δια µέσου ιόδων όπου γίνεται επεξεργασία των ρυπογόνων ουσιών. Στην παρούσα εργασία γίνεται µελέτη και παρουσίαση της βέλτιστης διάταξης της τεχνολογίας αυτής για την εξυγίανση υπόγειου υ- δροφορέα ο οποίος έχει ρυπανθεί από ΒΤΕΧ (Βενζόλιο, Τολουόλιο, Αιθυλοβενζόλιο, και Ξυλόλιο) στη περιοχή Seymour, ΗΠΑ Abstract The scope of this paper is the description of the Funnel and Gate System, and the simulation of groundwater flow and mass transfer, using the Argus One model and the PTC code, in order to find the optimal configuration of the system. The Funnel and Gate System is a passive in situ technology for the remediation of contaminated groundwater. This type of reactive barrier consists of low hydraulic conductivity cut off walls which modify flow patterns so that groundwater flows primarily through high conductivity gaps (Gates), where the treatment of the pollutants takes place. After finding the optimal configuration of the Funnel and Gate System, it is applied at an unconfined aquifer in Seymour, USΑ, which is contaminated by BTEΧ. Τhe results are discussed. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο τύπος του ύδατος που χρησιµοποιείται στις περισσότερες ανθρώπινες δραστηριότητες είναι το γλυκό ύδωρ. Όµως µόνο το 3% των συνολικών αποθεµάτων ύδατος του πλανήτη είναι γλυκό ύδωρ. Από το ποσοστό αυτό το υπόγειο ύδωρ αντιστοιχεί στο 29 %. Υπόγειο ύδωρ καλείται το ύδωρ που συγκρατείται µέσα στα αλληλοσυνδεόµενα κενά κορεσµένων πετρωµάτων (πόροι), κάτω από την επιφάνεια του εδάφους ( Η σπουδαιότητα του υπόγειου ύδατος είναι πολύ µεγάλη, γεγονός που φαίνεται ξεκάθαρα από τις χρήσεις που παρέχει: ως γλυκό ύδωρ, ως πόσιµο ύδωρ, για γεωργική χρήση ( κυρίως άρδευση ) κ.α. Εκτός όµως από την ποσότητα του υπόγειου ύδατος, ίσης ή και µεγαλύτερης σηµασίας είναι η ποιότητα αυτού. Η ποιότητά του επηρεάζει όχι µόνο την υγεία, αλλά και την οικονοµία και την κοινωνία. Οι ρυπαντές του υπόγειου ύδατος µπορεί να είναι µερικοί από τους ίδιους ρυπαντές των επιφανειακών υδάτων ή ανεπεξέργαστα απόβλητα από σηπτικές δεξαµενές, τοξικά χηµικά και πετρελαιοειδή από υπόγειες δεξαµενές. Στην παρούσα εργασία µελετάται η νέα τεχνολογία της in situ παθητικής επεξεργασίας και εξυγίανσης ρυπασµένου υπογείου ύδατος των Συγκλινόντων Φραγµάτων και ιόδων. Το πρόβληµα εστιάζεται στην περίπτωση ρύπανσης υπόγειου υδροφορέα από ΒΤΕΧ (Βενζόλιο, Τολουόλιο, Αιθυλοβενζόλιο, και Ξυλόλιο), αρωµατικούς υδρογονάνθρακες που είναι ιδιαίτερα βλαβεροί και επικίνδυνοι για το περιβάλλον και τον άνθρωπο. 2. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΙΑΠΕΡΑΤΩΝ ΑΝΤΙ ΡΩΝΤΩΝ ΦΡΑΓΜΑΤΩΝ (PRBs) Τα διαπερατά αντιδρώντα φράγµατα (PRBs) είναι µια νέα τεχνολογία εξυγίανσης ρυπασµένων εδαφών και υπογείων υδάτων. Αποτελούν µια in situ παθητική ζώνη επεξεργασίας που περιέχει αντιδρόν υλικό, το οποίο αποικοδοµεί, µετατρέπει ή ακινητοποιεί τους ρυπαντές καθώς το υπόγειο ύδωρ ρέει δια µέσου αυτού. Τα φράγµατα αυτά τοποθετούνται υπό το έδαφος ως µόνιµες ή αντικαταστάσιµες κατασκευές κάθετα στη κατεύθυνση της ροής και της ζώνης ρύπανσης και εκµεταλλεύονται την φυσική ροή του υπογείου ύδατος για την παθητική του εξυγίανση καθώς δεν απαιτείται καµία εξωτερική πηγή ενέργειας. Η θέση τους µπορεί να είναι πλησίον τη ζώνη ρύπανσης για την αποφυγή εξάπλωσης του ρύπου, ή στα κατάντη της πηγής ρύπανσης [1]. Οι τύποι των υπόγειων διαπερατών φραγµάτων είναι: α) Η Ενεργή Τάφρος Υψηλής ιαπερατότητας (Permeable reactive trench) (Σχήµα 1α) [2]. β) Τα Συστήµατα Συγκλινόντων Φραγµάτων και ιόδων (Funnel and Gate) (Σχήµα 1β) [1]

2 80 γ) Τα Συστήµατα Τάφρου και ιόδου (Trench and Gate) όπου έχουµε συνδυασµό των (α) και (β) [3]. Στη µελέτη αυτή εξετάζεται η εξυγίανση υπόγειου υδροφορέα µε την εφαρµογή της τεχνολογίας των Συγκλινόντων Φραγµάτων και διόδων. ( α) (β) Σχήµα 1: α) Ενεργή τάφρος και β) Funnel and Gate 3. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΣΥΓΚΛΙΝΟΝΤΩΝ ΦΡΑΓΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΙΟ ΩΝ Η προσθήκη των αδιαπέραστων φραγµάτων (funnel walls) σ ένα υπόγειο σύστηµα συµβάλει: α) στην αύξηση του ποσού του ύδατος που ρέει δια µέσου της διόδου, κάνοντας µε αυτό τον τρόπο ευρύτερη τη ζώνη εγκλεισµού και β) στη δηµιουργία της ζώνης εγκλεισµού κοντά στο φράγµα. Στην περίπτωση επιλογής ενός Συστήµατος Συγκλινόντων Φραγµάτων & ιόδων, είναι απαραίτητο να ευρίσκονται σε ισορροπία µερικά από τα αντικρουόµενα κριτήρια. Πρώτον, πρέπει το Σύστηµα να είναι έτσι εγκατεστηµένο ώστε όλο το ρυπασµένο ύδωρ να περνάει από την δίοδο. εύτερον, ο χρόνος συγκράτησης του ρυπασµένου ύδατος στην δίοδο πρέπει να είναι αρκετά µεγάλος έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η επιθυµητή µείωση στις συγκεντρώσεις των ρύπων. Τρίτον, το µέγεθος των φραγ- µάτων και ο αριθµός των διόδων πρέπει να είναι όσο το δυνατόν µικρότερος ώστε να ελαχιστοποιείται το κόστος. Η πιο απλή διαµόρφωση ενός Συστήµατος Συγκλινόντων Φραγµάτων & ιόδων είναι µία δίοδος µε φράγµατα που εκτείνονται αριστερά και δεξιά από αυτή (Σχήµα 1β). Μπορούν να χρησιµοποιηθούν επίσης µονές ή πολλαπλές δίοδοι µε φράγµατα, περιβάλλοντας µερικώς ή ο- λικώς τη ζώνη ρύπανσης. Σε περίπτωση ζώνης ρύπανσης µεγάλου πλάτους είναι δυνατόν να κατασκευαστούν φράγµατα µε δύο ή περισσότερες διόδους. Μια άλλη διάταξη είναι µε την τοποθέτηση των Φραγµάτων σε σχήµα U, τα οποία χρησιµοποιούν αδιαπέραστους τοίχους ίδιου µήκους µε προεκτάσεις προς τα ανάντη. ιαχείριση και Ποιότητα Υπογείων Νερών Η διάταξη των Συγκλινόντων Φραγµάτων & ιόδων εξαρτάται επίσης από το αν η ζώνη ρύπανσης εκτείνεται καθ όλο το πάχος του υδροφορέα. Αν συµβαίνει αυτό, όπως στην περίπτωση της ρύπανσης µε DNAPL, το αντιδρόν κελί καταλαµβάνει όλο το πάχος του υδροφορέα Fully Penetrated Gate. Αν η ζώνη ρύπανσης καταλαµβάνει µόνο το ανώτερο µέρος του υδροφορέα, για παράδειγµα όταν οι ρύποι είναι LNAPL, ή ένα πτητικό υγρό στην ακόρεστη ζώνη, τότε µια εγκατάσταση που εκτείνεται µόνο στο ανώτερο µέρος του υδροφορέα θα είναι αρκετή, Hanging Gate. Ένα άλλο χαρακτηριστικό που ενδιαφέρει στα Συστήµατα Συγκλινόντων Φραγµάτων & ιόδων είναι η γεωµετρία τους. Στον όρο αυτό περιλαµβάνονται οι διαστάσεις των αδιαπέραστων τοίχων και των διόδων, η θέση και ο αριθµός των διόδων, η γωνία µεταξύ των πλευρών των φραγµάτων, και ο προσανατολισµός του Συστή- µατος Συγκλινόντων Φραγµάτων & ιόδων ως προς την υδραυλική κλίση της περιοχής. ύο αντικρουόµενοι παράγοντες πρέπει να ληφθούν υπ όψιν στην αξιολόγηση των διαµορφώσεων των Συστηµάτων Συγκλινόντων Φραγµάτων & ιόδων: α) η ε- κροή από τη δίοδο πρέπει να µεγιστοποιείται ώστε η ζώνη εγκλεισµού να γίνεται πιο ευρεία, και β) ο χρόνος συγκράτησης του ρυπασµένου υπόγειου ύδατος στη δίοδο να είναι όσον το δυνατόν µεγαλύτερος, για καλλίτερη απόδοση του Συστήµατος. Οι ανωτέρω δύο παράγοντες, δηλαδή η εκροή και ο χρόνος συγκράτησης είναι αντιστρόφως ανάλογοι [1]. Τίθεται εποµένως το ερώτηµα ποια θα είναι η βέλτιστη διάταξη και η γεωµετρία ενός Συστήµατος Συγκλινόντων Φραγµάτων & ιόδων σ ένα δεδοµένο πρόβληµα εξυγίανσης υπόγειου υδροφορέα. Το ερώτηµα αυτό θα απαντηθεί ακολούθως µε τη χρήση µοντέλου υπογείων υδάτων για την προσοµοίωση των διαφόρων περιπτώσεων. 4. ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ Στην παρούσα εργασία χρησιµοποιήθηκε το περιβάλλον µοντελοποίησης του λογισµικού Argus ONE [4] και ο κώδικας µεταφοράς του PTC (Princeton Transport Code) [5] για τη εύρεση της βέλτιστης διάταξης του συστήµατος Συγκλινόντων Φραγµάτων και ιόδων και για την προσοµοίωση του υπόγειου υδροφορέα της περιοχής Seymour, ΗΠΑ. To Argus ONE- είναι ένα Γεωγραφικό Σύστηµα Πληροφοριών (GIS) το οποίο υποστηρίζει το µεγαλύτερο αριθµό µοντέλων υπογείων υδάτων που κυκλοφορούν σήµερα. Επιτρέπει την επίλυση σχεδόν κάθε τύπου προβλήµατος χρησιµοποιώντας το ίδιο γραφικό µέσο αλληλεπίδρασης µε το χρήστη. Αυτός ο λόγος το καθιστά ως ένα ιδανικό περιβάλλον µοντελοποίησης, βασισµένο σε GIS, για τα υπόγεια ύδατα. Η προσοµοίωση της υπόγειας ροής και της µεταφοράς µάζας έγινε µε χρήση του κώδικα PTC [5] χρησι- µοποιώντας τα εργαλεία που παρέχονται από το Argus

3 Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 81 ONΕ. Με αυτόν τον τρόπο, ο ορισµός των διαφόρων παραµέτρων του PTC είναι πιο εύκολος, ενώ παράλληλα υπάρχει η δυνατότητα εκτέλεσης του κώδικα PTC και εξαγωγής των δεδοµένων σε αρχεία που µπορούν να διαβαστούν από αυτόν. Επίσης, τα αποτελέσµατα του PTC µπορούν, µέσω του Argus ONE, να παρουσιαστούν γραφικά. Το PTC είναι ένας υβριδικός κώδικας, γραµµένοs σε FORTRAN 77, που χρησιµοποιεί τη µέθοδο των πεπερασµένων διαφορών για την προσέγγιση του κάθετου προβλήµατος, και τη µέθοδο των πεπερασµένων στοιχείων για το οριζόντιο (δισδιάστατο) πρόβληµα. Έτσι, κάθε τρισδιάστατο στοιχείο είναι µια στήλη µε τριγωνική διατοµή. Για τον υπολογισµό των εξισώσεων της ροής και της µεταφοράς µάζας χρησιµοποιείται ένας αλγόριθµος διαχωρισµού. Πρώτα λύνονται τα οριζόντια στρώµατα και µετά οι κάθετες γραµµές. Το αποτέλεσµα είναι µια πλήρης λύση σε τρεις διαστάσεις που επιτυγχάνεται χωρίς να πρέπει να λυθεί ο πίνακας που δηµιουργείται από το τρισδιάστατο πλέγµα [5]. Το PTC χρησιµοποιεί το ακόλουθο σύστηµα µερικών διαφορικών εξισώσεων για την περιγραφή της υπόγειας ροής, που περιγράφεται από το υδραυλικό ύψος, h h h h K xx + K yy + K zz S + Q = 0 x x y y t (1) τις συνιστώσες της ταχύτητας, h h h VX = KXX Vy = K yy VZ = K (2) ZZ x και τη µεταφορά ρύπων, που περιγράφεται από τη συγκέντρωση, D x xx + D x xy + D xz + D yx + D x yy + D yz + Dzx + Dzy + Dzz Vx + Vy + Vz x x w + Q( c c) θ[ 1+ E() c ] = 0 t (3) όπου: h, είναι το υδραυλικό ύψος [L], K xx, K yy, K zz η υδραυλική αγωγιµότητα στην x, y και z κατεύθυνση, αντίστοιχα [LT -1 ], S ο ειδικός συντελεστής αποθηκευτικότητας [L -1 ], Q ο ρυθµός άντλησης [L 3 T -1 ], V x, V y, V z οι συνιστώσες της ταχύτητας στην x, y και z κατεύθυνση, αντίστοιχα [LT -1 ], D xx, D yy, D zz, D xy, D yx, D yz, D xz, D zy, D zx οι συνιστώσες της υδροδυναµικής διασποράς [L 2 T -1 ], c η συγκέντρωση στο σηµείο (x, y, z) τη χρονική στιγµή t [ML -3 ], c ω η συγκέντρωση του αντλούµενου υγρού στο σηµείο (x i, y i, z i ), θ το πορώδες του υδροφορέα, Ε(c) ο όρος που αντιπροσωπεύει τις ιδιότητες της χηµικής προσρόφησης. Οι παραπάνω εξισώσεις προέρχονται από τις αρχές διατήρησης µάζας και από τον νόµο του Darcy. Η λύση τους ακολουθεί την εξής διαδικασία: αρχικά λύνεται η πρώτη εξίσωση (1) ως προς τα υδραυλικά ύψη, h, στην συνέχεια υπολογίζονται οι ταχύτητες του Darcy V x, V y, V z, από τη σχέση (2) και τελικά λύνουµε την εξίσωση (3) ως προς τις συγκεντρώσεις των ρυπαντών, c [5]. 5. ΕΥΡΕΣΗ ΒΕΛΤΙΣΤΗΣ ΙΑΤΑΞΗΣ ΤΩΝ ΣΥΓΚΛΙΝΟΝΤΩΝ ΦΡΑΓΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΙΟ ΩΝ Γενικά ισχύει ότι για ένα δεδοµένο µήκος αδιαπέραστων τοίχων, η πιο αποτελεσµατική διαµόρφωση σε ένα ισότροπο υδροφορέα είναι το φράγµα µε πλευρές σε γωνία 180 µοιρών και προσανατολισµένες κάθετα στην υ- δραυλική κλίση της περιοχής [1]. Εξετάζεται αν ισχύει το συµπέρασµα αυτό σ ένα οποιοδήποτε υπόγειο υδροφορέα. Προσοµοιώνεται η υπόγεια ροή και η µεταφορά ρύπων σε ένα φανταστικό ελεύθερο υδροφορέα και εξετάζονται διάφορα πιθανά σενάρια ως προς τη µορφή των Συγκλινόντων Φραγµάτων & ιόδων. Συγκρίνοντας όλα τα σενάρια για τον ελεύθερο υδροφορέα, µε βάση την αποτελεσµατικότητά τους για τον περιορισµό της ζώνης ρύπανσης, την εξυγίανση της περιοχής και το κόστος τους, προκύπτει ότι βέλτιστη λύση είναι η εγκατάσταση φράγµατος σε ευθεία και κάθετα στην υδραυλική κλίση της υπόγειας ροής. Στο Σχήµα 2 φαίνεται η ζώνη ρύπανσης που σχηµατίστηκε από πηγή ρύπανσης που λειτουργούσε για δύο χρόνια µε συγκέντρωση ρυπαντή, στην πηγή, ίση µε 1 kg/m 3. Στο Σχήµα 3 παρατηρείται η κατάσταση ρύπανσης της περιοχής δύο χρόνια µετά το κλείσιµο της πηγής ρύπανσης χωρίς την εφαρµογή τεχνολογιών εξυγίανσης. Το Σχήµα 4 παρουσιάζει την κατάσταση ρύπανσης της περιοχής δύο χρόνια µετά το κλείσιµο της πηγής και µε την εφαρµογή της τεχνολογίας Συγκλίνοντα φράγµατα και δίοδος. Στην περίπτωση αυτή ενδιαφέρον παρουσιάζουν και οι ταχύτητες τις περιοχής (Σχήµα 5). Σχήµα 2: Αρχικές συγκεντρώσεις

4 82 ιαχείριση και Ποιότητα Υπογείων Νερών 6. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΒΤΕΧ Στην παρούσα µελέτη θα ασχοληθούµε µε την εξυγίανση υπογείων υδάτων από υδρογονάνθρακες πετρελαίου (ΒΤΕΧ). BTEX είναι η συντοµογραφία για τα Βενζόλιο, Τολουόλιο, Αιθυλοβενζόλιο, και Ξυλόλιο. Οι ενώσεις αυτές είναι µονοκυκλικοί αρωµατικοί υδρογονάνθρακες, LNAPL, οι οποίοι είναι υδατοδιαλυτοί, πτητικοί και παρουσιάζουν µεγάλη κινητικότητα. Βρίσκονται στα προϊόντα πετρελαίου, και σε πολλές βιοµηχανικές δραστηριότητες, όπως στην παραγωγή πλαστικών, εντοµοκτόνων, εκρηκτικών και στη φαρµακοβιοµηχανία. Ο ρυπαντής ΒΤΕΧ µόλις απελευθερωθεί στο περιβάλλον, εκτός από την κίνηση του λόγω συµµεταφοράς, διασποράς και διάχυσης, µπορεί να εξατµιστεί (πτητικοποίηση), να διαλυθεί, να προσροφηθεί από εδαφικά σω- µατίδια, να υποστεί βιοµετατροπή, να αποκοδοµηθεί βιολογικά από αυτόχθονα µικρόβια και να πάρει µέρος σε χηµικές αντιδράσεις, όπως φωτο-διάσπαση, υδρόλυση, οξείδωση και αναγωγή. Σχήµα 3: Συγκεντρώσεις 2 χρόνια µετά την παύση λειτουργίας της πηγής. Σχήµα 4: Συγκεντρώσεις µε την ύπαρξη Funnel and Gate 7. ΑΝΤΙ ΡOΝ ΚΕΛΙ ΚΑΙ ΠΡΟΤΕΙΝΟ- ΜΕΝΑ ΥΛΙΚΑ ΠΛΗΡΩΣΗΣ ΤΟΥ ΓΙΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΡΥΠΑΝΤΗ ΒΤΕΧ Το αντιδρόν κελί είναι το τµήµα του υδροφορέα που τροποποιείται ώστε να περιέχει το αντιδρόν υλικό, διαµέσου του οποίου θα κινηθεί ο ρυπαντής και θα επεξεργαστεί. Σε συστήµατα Συγκλινόντων Φραγµάτων και ιόδων αποτελεί ένα µικρό τµήµα του πλάτους του φράγµατος, τη δίοδο. Το αντιδρόν υλικό αποικοδοµεί, προσροφά, καταβυθίζει ή αποµακρύνει χλωριωµένους διαλύτες, µέταλλα (χρώµιο), ραδιενεργές ουσίες (ουράνιο), πτητικούς οργανικούς υδρογονάνθρακες (BTEX) και άλλους ρυπαντές. Οι αντιδράσεις που πραγµατοποιούνται στα φράγµατα εξαρτώνται από παραµέτρους όπως το ph, το δυναµικό οξειδοαναγωγής, οι συγκεντρώσεις και η κινητική των αντιδράσεων [6]. Τα υλικά που προτείνονται ως υλικά πλήρωσης για την επεξεργασία ρυπαντή ΒΤΕΧ είναι: α) Για την βιοαποικοδόµηση του ΒΤΕΧ προτείνεται η χρήση ORC Oxygen Release Compound, δηλαδή το µείγµα που απελευθερώνει οξυγόνο. Το ORC είναι ένας σχηµατισµός υπεροξειδίου του µαγνησίου (µε µέση διά- µετρο σωµατιδίων 44 µm) που έχει την ιδιότητα να απελευθερώνει µοριακό οξυγόνο µε αργό και σταθερό ρυθµό όταν έρχεται σε επαφή µε εδαφική υγρασία ή το υπόγειο ύδωρ. Η αντίδραση που περιγράφει το φαινόµενο είναι η παρακάτω: MgO 2 + H 2 O Mg(OH) 2 + ½ O 2 Σχήµα 5: Ταχύτητες µε την ύπαρξη Funnel and Gate Πολλοί µικροοργανισµοί που συναντώνται στη φύση, έχουν την ικανότητα να αποδοµούν αερόβια, ρυπαντές του υπόγειου ύδατος (BTEX και TPH) στο εµπλουτισµένο από οξυγόνο περιβάλλον που δηµιουργεί το ORC σε ακίνδυνα παραπροϊόντα όπως διοξείδιο του άνθρακα και ύδωρ. β) Για την προσρόφηση του ΒΤΕΧ προτείνεται η χρήση i) Ενεργού Άνθρακα, ο οποίος αυξάνει τις ικανότητες προσρόφησης των οργανικών συστατικών από την υδατική φάση αντί φυσικών οργανικών προσροφητικών υλικών [7] και ii) Οργανικών - Μέθοδος Humasorb-Cs TM. Οι Sanjay et al., εισήγαγαν το HUMASORB-CS TM (οργανικά από αποσύνθεση) σαν ένα πρότυπο προσροφητή για την αποµάκρυνση οργανικών και ανόργανων ρύπων [8].

5 Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΩΝ ΣΥΓΚΛΙΝΟΝΤΩΝ ΦΡΑΓΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΙΟ ΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΞΥΓΙΑΝΣΗ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ SEYMOUR Ο οργανισµός πετρελαιοειδών του Seymour λειτουργούσε µια µονάδα στην τοποθεσία Seymour, USA. Το 1979 ο οργανισµός χρεοκόπησε και εγκατέλειψε τη µονάδα, αφήνοντας, στην τοποθεσία, µεγάλες δεξαµενές που περιείχαν ΒΤΕΧ. Για τα επόµενα δύο περίπου χρόνια, µια ποσότητα υγρών υδρογονανθράκων πετρελαίου διέρρευσε στο έδαφος από τις δεξαµενές πριν από την πλήρη αποµάκρυνση τους το Ένα σηµαντικό ποσό από τους υδρογονάνθρακες πετρελαίου διείσδυσαν στον υδροφορέα και απειλούν ιδιωτικά φρέατα ύδρευσης στα βόρεια της περιοχής Οι συγκεντρώσεις του ΒΤΕΧ (Βενζόλιο) στο υπόγειο ύδωρ ήταν περίπου 50 µg/l. Στην παρούσα µελέτη έγινε µία προσπάθεια προσδιορισµού βέλτιστου σχεδιασµού εξυγίανσης µε την χρήση του Συστήµατος Συγκλινόντων Φραγµάτων και ιόδων. Όλα τα στοιχεία για την υπό µελέτη περιοχή ελήφθησαν από το Hydrogeology Laboratory Manual [9]. Η τοποθεσία επικινδύνων αποβλήτων στο Seymour δίνεται στο Σχήµα 6α που ακολουθεί. Στο Σχήµα 6β παρουσιάζεται εγκάρσια τοµή της υδρογεωλογίας της περιοχής. Στο Σχήµα 7 φαίνεται η ζώνη ρύπανσης που σχηµατίστηκε από την πηγή ρύπανσης και στο Σχήµα 8 παρουσιάζονται οι ταχύτητες του υπόγειου υδροφορέα. Τα Σχήµατα 9 και 10 παρουσιάζουν την κατάσταση ρύπανσης της περιοχής δύο και επτά χρόνια αντίστοιχα, µετά το κλείσιµο της πηγής ρύπανσης και µε την εφαρµογή της τεχνολογίας Συγκλίνοντα φράγµατα και δίοδος. Με την εγκατάσταση αυτού του συστήµατος εξυγίανσης, εξαναγκάζεται όλο το ρυπασµένο πλούµιο να διέλθει από τη δίοδο και να υποστεί επεξεργασία. Έτσι εµποδίζεται η µετανάστευση του πλουµίου του ΒΤΕΧ κατάντη του συστήµατος και ταυτόχρονα εξυγιαίνεται σταδιακά η περιοχή στα ανάντη. Σε διάστηµα επτά χρόνων η περιοχή στα ανάντη του Φράγµατος έχει εξυγιανθεί πλήρως και στα κατάντη εντοπίζονται συγκεντρώσεις ΒΤΕΧ µικρότερες από το 10 % της αρχικής. (α) Σχήµα 6: (α) Χάρτης της Περιοχής Seymour [9] (β) Σχήµα 6: (β) Εγκάρσια τοµή της τοποθεσίας Seymour από τα Ν.Α προς τα Β. [9] Σχήµα 7: Αρχικές συγκεντρώσεις στην περιοχή Seymour

6 84 ιαχείριση και Ποιότητα Υπογείων Νερών 9. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΣΥΓΚΡΑΤΗΣΗΣ ΤΟΥ ΡΥΠΑΣΜΕΝΟΥ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΝΕΡΟΥ ΣΤΗ ΙΟ Ο (ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΑΠΟ BOWLES M.W 1997 [3]) Ο χρόνος συγκράτησης θα υπολογιστεί από τη σχέση: V Q = Gate τ Αρχικά θα πρέπει να εκτιµηθεί η παροχή που αναµένεται να περάσει µέσα από τη δίοδο. Η παροχή αυτή δίνεται ως το γινόµενο που ακολουθεί: Q = K i A Σχήµα 8 Ταχύτητες του υπόγειου υδροφορέα όπου Α: το εµβαδόν που αντιστοιχεί στην κάθετη διατοµή του φράγµατος και υπολογίζεται από το πλάτος του φράγµατος πολλαπλασιαζόµενο µε το βάθος του υδροφορέα στο σηµείο αυτό. K: η υδραυλική αγωγιµότητα της περιοχής i: η µέση οριζόντια υδραυλική κλίση της περιοχής V Gate : ο όγκος της διόδου τ: o χρόνος συγκράτησης Η τιµή του i θα προκύψει από τον τύπο της ταχύτητας: ν = K i n e όπου: ν: η ταχύτητα του υπογείου νερού στη δίοδο όπως υπολογίζεται από τη προσοµοίωση της περιοχής n e : το ενεργό πορώδες του εδάφους του υδροφορέα. Σχήµα 9 Συγκεντώσειs F & G µετά από 2 χρόνια Στην περιοχή προσοµοίωσης το έδαφος είναι αµµώδες και εποµένως το ενεργό πορώδες θεωρήθηκε ίσο µε το πορώδες της άµµου. Οι τιµές των παραπάνω παραµέτρων είναι: n e = 0,35 K = 283,5 ft/d ν = 0.5 ft/ i = 6,17 x10-4 Α = (µήκος αδιαπέρατων τοίχων + πλάτος διόδου) x Βάθος υδροφορέα Α = (2x )ft x 32ft A = ft 2 Q = 4815 ft 3 /d V Gate = 32 x 60 x10 = ft 3 Σύµφωνα µε τα παραπάνω δεδοµένα προκύπτει ότι ο χρόνος παραµονής των ρύπων στη δίοδο θα είναι περίπου τέσσερις µέρες. Τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης δείχνουν ότι ο χρόνος αυτός είναι αρκετός για να εξυγιανθεί η ζώνη ρύπανσης Σχήµα 10. Συγκεντρώσεις F & G µετά από 7 χρόνια

7 Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΟΥ ΚΟΣΤΟΥΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΟΥ SEYMOUR Το συνολικό κόστος του συστήµατος Συγκλινόντων Φραγµάτων και ιόδων που εγκαταστάθηκε για την ε- ξυγίανση του υδροφορέα του Seymour, περιλαµβάνει το κόστος των τοίχων µικρής διαπερατότητας (funnel walls) και το κόστος της διόδου. Στην περιοχή Seymour προτείνεται η εγκατάσταση τοίχων από µείγµα Τσιµέντου- Μπετονίτη (C-B) για την επίτευξη µεγαλύτερης σταθερότητας του φράγµατος στην περίπτωση που η ανάµειξη εδάφους δεν είναι δυνατή ή το έδαφος δεν είναι κατάλληλο. Από τις µεθόδους εγκατάστασης των λασπωδών τοίχων επιλέγεται η τροποποιηµένη εκσκαφή µε χρήση τσάπας ( Modified Backhoe Excavation). Η µέθοδος αυτή είναι πιο οικονοµική από αυτές που εφαρµόζονται για εκσκαφές µεγαλύτερες των 30 ποδιών. Το κόστος της είναι $4-20/ft 2. Για την εκτίµηση του κόστους των αδιαπέρατων τοίχων πρέπει να υπολογιστεί η επιφάνεία τους, Α, όπου: Α ΤΟΙΧΩΝ = (Βάθος + 5ft) x Μήκος Α ΤΟΙΧΩΝ = (32+5) ft x 800 ft Α ΤΟΙΧΩΝ = ft 2 Άρα το κόστος κυµαίνεται από $ έως $ ανάλογα µε τα χαρακτηριστικά της περιοχής. Το κόστος της διόδου περιλαµβάνει το κόστος του πληρωτικού υλικού και το κόστος εγκατάστασης του κελιού. Για την εγκατάσταση του αντιδρώντος κελιού προτείνεται η µέθοδος βασισµένη σε Caisson επειδή είναι σχετικά φτηνή ($7/ft 2 ) και απλή. Για την εκτίµηση του κόστους εγκατάστασης του κελιού πρέπει να υπολογιστεί η επιφάνεία του, Α, όπου: Α ΙΟ ΟΥ = (Βάθος + 3ft) x Μήκος Α ΙΟ ΟΥ = (32+3)ft x 60 ft Α ΙΟ ΟΥ = ft 2 Άρα το κόστος εγκατάστασης του κελιού είναι $ Για την εκτίµηση του κόστους του πληρωτικού υλικού πρέπει να υπολογιστεί ο όγκος της διόδου, V GATE, όπου, V GATE = 32 x 60 x10 = ft 3 Το κόστος του ORC είναι $12/kg ( Το κόστος του συστήµατος κυµαίνεται από: $ $ = $ έως $ $ = $ χωρίς το κόστος του ORC. 11. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα εργασία έγινε µελέτη εξυγίανσης υπόγειων υδροφορέων µε την χρήση της τεχνολογίας εξυγίανσης «Συγκλίνοντα φράγµατα και δίοδος». Σε πρώτη φάση έγινε προσοµοίωση ενός υποθετικού ρυπασµένου µε ΒΤΕΧ υδροφορέα όπου µελετήθηκαν παράµετροι και σχεδιασµοί οι οποίοι επηρεάζουν την εφαρ- µογή της ανωτέρω τεχνολογίας. Στη συνέχεια έγινε ε- φαρµογή σε πραγµατικό πεδίο µε βιβλιογραφικά στοιχεία που έχουν παρουσιασθεί στο παρελθόν. Η εφαρµογή πεδίου επιβεβαίωσε τα συµπεράσµατα της µελέτης του υποθετικού παραδείγµατος και επιβεβαιώθηκε ότι ο βέλτιστος σχεδιασµός για την εφαρµογή της τεχνολογίας είναι η διάταξη του συστήµατος σε ευθεία. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Starr, R.C. and J.A. Cherry, (1994). In Situ Remediation of Contaminated Ground Water: The Funnel-and-Gate System. Ground Water, 32, No.3, pp Birke, V. and E.K. Roehl, (2001). An Introduction To Permeable Reactive Barriers (PRB), University of Αpplied Sciences Fachhochschule Nordostniedersachsen, Applied Geosciences, University of Karlsruhe. 3. Bowles, M.W., November (1997). East Garrington Gas Plant Looking Northeast Towards the Trench and Gate Research Site. Post Graduate Thesis, Calgary, Alberta. 4. Olivares Jose Luis (2001) Argus ONE PTC interface, v. 2.2, User s guide 5. Babu, D.K., G.F. Pinder, A. Niemi, D.P. Ahlfeld, S.A. Stothoff, (1997). Chemical Transport by three-dimensional groundwater flows, Report, University of Vermont, USA. 6. Gillham, R.W. and S.F. O Hannesin, (1994). Enhanced degradation of halogenated aliphatics by zero-valent iron. Ground Water 32, No 6, pp NATO/CCMS Pilot Study, (1998). Evaluation of Demonstrated and Emerging Technologies for the Treatment of Contaminated Land and Groundwater (PhaseIII), SPECIAL SESSION Treatment Walls and Permeable Reactive Barriers 8. Sanjay, H. G., K. C. Srivastava, D. S Walia, (1997). Mixed Waste Remediation Using HUMASORB-CS -an TM Adsorbent to Remove Organic And Inorganic Contaminants. ARCTECH, Inc Park Meadow Drive, Suite 210 Chantilly, Virginia Lee K. and C.W. Fetter, (1994). Hydrogeology Laboratory Manual, Prentice Hall, p.p

8 86 ιαχείριση και Ποιότητα Υπογείων Νερών Σ.Η. Γαρµπή, Μηχανικός Περιβάλλοντος, Μεταπτυχιακή Φοιτήτρια, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα. Ε.Ι. Γενειατάκης, Μηχανικός Περιβάλλοντος, Μεταπτυχιακός Φοιτητής, Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πολυτεχνείο Κρήτης, Χανιά Γ.Π. Καρατζάς, Αναπλ. Καθηγητής, Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πολυτεχνείο Κρήτης, Χανιά Τηλ./Fax: / karatzas@mred.tuc.gr.