Concept Grondwateronttrekking

Deze techniekfiche is onderdeel van de BOSS applicatie.

Principe van de techniek

Het onttrekken van grondwater vindt plaats door grondwater uit één of meerdere onttrekkingsfilter(s) op te pompen. Verschillende uitvoeringsvormen zijn mogelijk: nl.

Onttrekken op verticale filters: deepwell, vacuumfilters
Onttrekken op horizontale filters: drain
Onttrekken op recirculatiewell
Zuiveren onttrokken grondwater

Techniek 1: Recirculatiewell

Het EPA document 542-R-98-009 ('Field Applications of In Situ Remediation Technologies: Groundwater Circulation Wells') geeft een overzicht van een aantal saneringen die in de USA met deze techniek zijn uitgevoerd.

Er bestaan verschillende uitvoeringswijzen. Voorbeelden van in Duitsland ontwikkelde systemen zijn (zie onderstaande figuur): (1) de onderdrukverdampingsbron (UVB), (2) de coaxiale grondwaterbeluchting (KGB).

UVB is geschikt voor de behandeling van het ondiepe en diepere grondwater (in de praktijk tot een diepte van ca. 40 m). De KGB systemen zijn ook deels verfilterd in de onverzadigde zone en daarom bij uitstek geschikt voor de behandeling van zowel de onverzadigde zone als de bovenste meters van de waterverzadigde zone (tot een diepte van ca. 10 m-mv.). Zowel UVB als KGB berusten op het principe van de in-well air stripping. Er is in deze situatie dus in feite geen sprake van 'reinfiltratie van gereinigd grondwater', en als dusdanig zijn er voor deze systemen geen vergunningstechnische problemen.

Voor verontreinigingen die tot op grote diepte voorkomen bestaan er types van recirculatiesystemen waarbij meerdere filterclusters (doorgaans drie) boven elkaar worden voorzien. Reiniging tot op diepten van 90 m-mv. is hiermee in principe mogelijk. In dit geval wordt water opgepompt ter hoogte van het middelste filter waarbij recirculatiestromen ontstaan tussen het middelste en het onderste, en het middelste en het bovenste filter. Het opgepompte grondwater wordt normaal bovengronds gereinigd en vervolgens teruggebracht in hetzelfde filter. Op deze wijze ontstaan circulatiestromen zoals geïllustreerd in onderstaande figuur.

Figuur: Schema van een recirculatiebron met meervoudige verfiltering. Onttrekking op middelste filter; het bovengronds gezuiverde water wordt gereïnfiltreerdop onderste en bovenste filter. Op deze wijze ontstaan de aangeduide waterstromingen. De horizontale invloedssfeer hangt sterk af van de mate van gelaagdheid van de bodem (verhouding Kh/Kv).

Er is met deze saneringsaanpak geen sprake van verlaging van de grondwatertafel, hetgeen een voordeel is. Een mogelijk nadeel is echter de mogelijke ongecontroleerde verspreiding die dergelijke systemen zouden kunnen teweegbrengen.

Techniek 2: Deepwell

Een deepwell bestaat uit een verticaal boorgat met een diameter van 100 tot 600 mm, waarin een stijgbuis met een geperforeerd gedeelte (filter) en een zandvang wordt geplaatst, omstort door filtergrind. In de pompput wordt een onderwaterpomp gehangen, die het water een zodanige opvoerhoogte geeft, dat het met een persleiding afgevoerd kan worden. In het boorgat wordt naast de pompput vaak een peilbuis geplaatst om de grondwaterstand in de deepwell te kunnen meten. Grondwater kan bij voldoende hoge grondwaterstand tevens onttrokken worden met een vacuümpomp op maaiveld. De diameter van boorgat (100 tot 600 mm) en filter worden bepaald door de diameter van de pomp, die op haar beurt afhankelijk is van het gewenste onttrekkingsdebiet. De diepte van de deepwell hangt af van het benodigde filteroppervlak en de grondwaterstand, rekening houdend met de grondwaterverlagingen. Daarbij geldt tevens dat bij een langer en dieper filter het bemalingsdebiet toeneemt. De stijgbuis en de filter bestaan meestal uit HDPE of PVC. De omstorting is afhankelijk van de bodemtextuur. Indien waterscheidende klei of leemlagen in de bodem worden doorsneden, wordt de omstorting ter hoogte van deze lagen afgedicht met kleikorrels/bentoniet.

Figuur: Schema Deepwell

Techniek 3: Vacuümfilters

Vacuümfilters worden toegepast voor onttrekking van (grond)water. Vacuümfilters zijn verticale kunststofbuizen met een geperforeerd deel, die meestal in de grond worden geboord of gespoten (spuiten enkel toegelaten in niet verontreinigde zone) (pulsen, avegaarboren en drukken is in principe echter ook mogelijk). De vacuümfilters worden aangesloten op een (ring)leiding, waarop een onderdruk wordt aangelegd. Daardoor wordt grondwater onttrokken en het grondwaterpeil verlaagd. De diameter van de filters is meestal 50 mm (2 inch), maar kan ook groter gekozen worden.

De filters zijn in het algemeen van PVC. Bij langdurige grondwateronttrekkingen kan in verband met de chemische resistentie ook HDPE of ander materiaal worden toegepast. De vacuümstreng (rij filters) wordt aangesloten op een vacuümpomp. Als de grondwaterspiegel zakt tot onder de top van het geperforeerde deel van een filter, wordt lucht aangezogen en valt de bemaling uit. Dit kan worden voorkomen door:

het geperforeerde deel voldoende diep aan te brengen;
haalbuizen (of inhangers) in de filters aan te brengen.

Een haalbuis is een niet geperforeerde slang of buis, die binnen in het filter wordt aangebracht, waarbij de onderkant weinig (circa 0,10 m) boven de onderkant van het filter wordt gezet. De haalbuis wordt dan aangesloten op de ringleiding. Het water stroomt toe door het filter en wordt met de haalbuis opgepompt (ook wel zwaartekrachtsbemaling genoemd).

Figuur: Schema Vacuümfilters

Techniek 4: Drain

Een drain is een geperforeerde buis, al dan niet omwikkeld met een omhulling, die min of meer horizontaal in de grond wordt gelegd.

De drain kan worden gelegd:

machinaal, met een draineermachine, tot maximaal 5 m onder maaiveld (diepdrainage kan tot ca. 6 à 7 m onder maaiveld);
handmatig, door het graven van een sleuf. Daarbij moet de grondwaterstand tijdelijk worden verlaagd;
horizontaal gestuurd boren vanaf maaiveld. Het boorgat wordt ondersteund met een bentoniet of een biologisch afbreekbare steunvloeistof. Deze techniek is sterk in ontwikkeling.
horizontaal persen vanuit een bouwkuip. Daarbij moet de grondwaterstand in de bouwkuip tijdelijk worden verlaagd.

De drain kan worden aangesloten op een pompput met een onderwaterpomp (vrij verval) of via een blind stuk leiding op een vacuümpomp.

In het algemeen is de drain van geribbeld PVC, diameters kunnen variëren van 50 tot 200 mm. De drains kunnen ook uitgevoerd worden in polyethyleen (HDPE) of polypropyleen (PP), indien het grondwater sterk verontreinigd is. De drains kunnen worden omhuld met kunststofvezels. Veelal wordt PP als omhullingsmateriaal toegepast. Daarvan zijn verschillende typen PP 700/450/350. Type PP 700 betekent polypropyleen omhulling, met karakteristieke poriegrootte O90 van 700 (90% van poriën is kleiner dan 700 µm). De materiaalkeuze van drain en omhulling wordt bepaald door de:

bodemtextuur;
chemische resistentie;
neerslagvorming (bv. ijzer);
duurzaamheid;
kwaliteit.

Bij de boor- en perstechnieken wordt in verband met de sterkte van het materiaal een HDPE-drain zonder omhulling toegepast. Bij voorkeur dienen drains aangelegd te worden in een koffer van drainagezand. Bij de boor- en perstechnieken is het op dit moment nog niet mogelijk een zandkoffer aan te brengen.

De drains dienen te worden voorzien van doorspuitvoorzieningen en niet gekoppelde drain-einden worden aan het maaiveld afgewerkt met een straatpot.

Figuur: Schema Drain

Toepassingsgebied en toepassingsvoorwaarden

Ten gevolge van het onttrekken van grondwater kunnen in leem/klei? of veenlagen zettingen ontstaan. Indien dit risico bestaat dient een zettingsberekening uitgevoerd te worden om de zettingsrisico's te kwantificeren. Teneinde de zettingsrisico's te reduceren kan het (her)infiltreren van water overwogen worden.

Techniek 1: Recirculatiewell.

Voordeel van een recirculatiewell is dat er geen lozing is van grondwater (het opgepompte water wordt in hetzelfde filtersysteem terug geïnfiltreerd in de aquifer) en er treedt dus geen netto verlaging van de grondwatertafel op. De omvang van de ‘recirculatiecel’ die in de aquifer ontstaat (horizontale invloedssfeer, en verblijftijd) hangt sterk af van de aquifereigenschappen, meer bepaald de gelaagdheid van de bodem. Voor een optimale werking dient de bodem relatief goed doorlaatbaar te zijn en niet te sterk gelaagd (Kh/Kv ~5 à 10) Een grondwatermodellering en/of uitgebreide pilootfase is noodzakelijk om dergelijke systemen te dimensioneren en optimale debieten in te stellen.

De techniek is geschikt om te worden gecombineerd met bioremediatie/natuurlijke attenuatie.

Techniek 2: Deepwell.

Voordelen van deepwells als onttrekkingsmiddel zijn:

ook toepasbaar bij grote bodemdoorlaatbaarheden;
geschikt voor hoge onttrekkingsdebieten;
aanpasbaar aan de vorm van de grondwaterverontreinigingsvlek;
geen beperking wegens aanwezige ondergrondse obstakels;
geschikt voor langdurige bemaling of sanering.

Techniek 3: Vacuümfilters.

Verticale vacuümfilters voor de onttrekking van grondwater kunnen worden gekozen bij:

geringe doorlaatbaarheid van de bodem; gering debiet;
onregelmatige vorm grondwaterverontreiniging of ontgraving;
in combinatie met bodemluchtextractie ('dual phase', 'multi-phase' of 'bio-slurping')
obstakels vormen geen belemmering;
korte bemalings/saneringsduur (minder dan 1 jaar) in verband met geringe onderhoudsmogelijkheden.

Voor de toepassing van vacuümfilters voor langdurige onttrekkingen (grondwater/bodemlucht) is het aan te bevelen de filters door middel van pulsboringen aan te brengen. Op deze manier kunnen de filters voorzien worden van een grindomstorting en kleiafdichtingen. Bij grote debieten in een klein bemalingsvak kan het beperkte oppervlak van de filters een beperking vormen.

De theoretische onderdruk is maximaal ca.10 m waterkolom. In de praktijk kan het water niet verder worden aangezogen dan 7 tot 8 m (zuigerpomp, centrifugaalpomp: 5 m). Als dit een probleem is, kan worden geprobeerd de pomp lager te plaatsen, bijvoorbeeld door trapsgewijze bemaling.

Indien de afvoerleiding (ringleiding) ondergronds wordt afgewerkt (langdurige onttrekking), is het verstandig elke filter aan het maaiveld af te werken met een straatpot, zodat de filters ook afzonderlijk toegankelijk zijn en kunnen worden doorgespoten.

Bij hoge ijzergehalten is het zinvol om de vacuümbemaling met inhangers te realiseren, om het aanzuigen van lucht, en dus neerslag van ijzeroxiden zo veel mogelijk te vermijden.

Techniek 4: Drain.

Bij onttrekking van grondwater kan worden gekozen voor een drain bij:

geringe bodemdoorlaatbaarheid of eerder gering gewenst debiet;
langgerekte, ondiepe vorm van de grondwaterverontreiniging of ontgraving;
in combinatie met bodemsanering: drain op bodem ontgraving;
geen obstakels in de ondergrond.

Kosten

Een indicatie van de kosten van de verschillende technieken wordt in onderstaande tabel aangeven. De totale kosten zijn afhankelijk van de aanwezige verontreinigende stoffen, filterdiepte, debieten, configuratie van het systeem, besturing van het systeem, de toegankelijkheid van het terrein, de lozingsmogelijkheden en eventueel persafstanden.

Tabel: Kosten grondwateronttrekking (excusief leidingwerk)(OVB, 2004)

Specificatie materiaal/uitvoeringsvorm	Kosten
Deepwell	€ 125-200 per m deepwell plaatsingskost en € 37-125 per week per pomp exploitatie
Drain geplaatst in bouwput drain geboord	€ 15-40 per m plaatsing en € 50-150 per week per pomp exploitatiekost € 75-200 per m plaasting en € 75-150 per week per pomp exploitatiekost
Droogzuiging	€ 50-75 per m plaatsing en € 75-150 per week per pomp exploitatiekost

Milieubelasting en te nemen maatregelen

In eerste instantie kan het onttrokken grondwater op zich als milieubelasting worden beschouwd. De vrijgekomen afvalwaterstroom dient te worden gezuiverd. In principe is een heel scala van technieken mogelijk om de verschillende verontreinigingen uit het grondwater te verwijderen.

Luchtstrippen is de meest geschikte techniek voor het verwijderen van VOCl en BTEX. Deze techniek dient aangevuld worden door het nabehandeling van de lucht. Afhankelijk van de situatie wordt na het strippen nog nabehandeld met wateractieve kool.

Het verwijderen van minerale olie kan in principe met actieve koolfiltratie, luchtstrippen, biologische zuivering of een olie/waterafscheider.

Actieve koolfiltratie is BBT voor de verwijdering van PAK. Wanneer echter enkel naftaleen moet worden verwijderd zijn ook luchtstrippen en biologische zuivering BBT.

Voor het verwijderen van zware metalen is precipitatie, al dan niet met ionenwisseling BBT.

MTBE is best te verwijderen via een combinatie van een olie/waterafscheider, stripper(s) en actieve koolfiltratie.

Onderstaande tabel geeft een overzicht van de BBT conclusies voor waterzuivering.

Tabel: Overzicht BBT-conclusies voor grondwaterzuivering

Polluent	Techniek
VOCl	Luchtstrippen Biologische zuivering indien langdurige sanering van biodegradeerdbare conc. VOCl's Actieve koolfiltratie[1] als nageschakelde techniek, of uitzonderlijke gevallen
BTEX	Luchtstrippen Biologische zuivering indien langdurige sanering van biodegradeerdbare conc. BTEX Actieve koolfiltratie¹ als nageschakelde techniek
Minerale olie	Luchtstrippen bij vluchtige olie Biologische zuivering Actief koolfilter¹ Olie/water afscheider
PAK	Actief koolfilter¹
Naftaleen	Actief koolfiltratie¹ Luchtstrippen Biologische zuivering
ZM	Precipitatie/coagulatie/flocculatie met eventueel ionenwisseling
MTBE	Oliewaterafscheider, stripper en actieve koolfiltratie Oxidatie als sterk verontreinigd
BZV/CZV/ZS	Biol. zuivering Fysico-chemische techniek

Bij het onttrekken van grondwater bestaat er het risico op het vrijkomen van polluenten in de lucht (enkel bij vacuümpompen is er luchtuitstoot). Ongewenste emissies naar de lucht kunnen in zekere mate optreden aan de pompbakken, buffertanks en bij de biologische zuivering (biorotor) of luchtstrippen van het onttrokken grondwater.

Bij het plaatsen van onttrekkings- en infiltratiefilters komt mogelijk een afvalstroom vrij in de vorm van opgeboorde of ontgraven verontreinigde grond. Daarnaast kan bij het zuiveren van verontreinigd grondwater een afvalstroom vrijkomen onder de vorm van actief kool of verontreinigd slib. In de meeste gevallen worden deze afvalstromen gestort of verbrand. Wanneer een regenereerbaar actief koolfilter wordt gebruikt kan de kool worden hergebruikt.

Het onttrekken van grondwater bezorgt relatief weinig overlast aan de omgeving. De onttrekkings- en infiltratiefilters worden meestal ondergronds aangelegd, zodat hierdoor geen overlast optreedt. Enkel de compressoren en pompen kunnen voor geluidshinder zorgen. Bebouwing kan blijven bestaan en wegen hoeven niet te worden opgebroken. Bij de aanleg van de installatie en eventueel de zuiveringsinstallatie kan evenwel gedurende een korte periode overlast door vrachtverkeer ontstaan.

[1] in combinatie met zandfiltratie

Gelinkte pagina's:

BOSS (BOdemsaneringsSelectieSysteem)

Techieken