EnISSA
Enhanced In Situ Soil Analysis
10-03-2020
Studienamiddag innovatieve technologieën
bodemonderzoek en -sanering
Outline
• Inleiding
• EnISSA-MIP methode
• Cases
Bodemonderzoek/sanering is omgaan met onzekerheid
• Belangrijke innovaties in saneringsconcepten en technologieën
• Desondanks regelmatig faalsaneringen en/of problematische onderzoeksprojecten
• Timing
• Budget
• Effectiviteit
• Rest risico
• Conceptueel Site Model
• Voldoende kennis van sterk heterogene bodemopbouw?
• Data dichtheid – data gaps
Bodemonderzoek/sanering is omgaan met onzekerheid
• Bodem kan niet worden beschreven als bulk materiaal met homogene eigenschappen in grote pakketten
• karakteristieken variëren op cm/dm schaal eerder dan m schaal
• Deze zijn bepalend voor aanwezigheid en verspreiding van verontreiniging
• Voor zinvolle resultaten en goed begrip
van situatie zijn onderzoeksmethoden
met vergelijkbare schaalverdeling nodig
DNAPL – Dense Non Aqueous Phase Liquids
• Vaak VOCl = vluchtige Organische Gechloreerde componenten
• Maar ook : Creosoot, teer, kwik,… Stofgroepen:
• chloorethenen
• Tetrachlooretheen (PER)
• Trichlooretheen (TRI)
• chloorethanen
• Ex. Trichloorethaan (111-TCA)
• chloormethanen
DNAPL – Dense Non Aqueous Phase Liquids
• Dichtheid> water
• Kan tot grote diepte verspreiden ➔ zaklaag
• DNAPL verspreiding is sterk afhankelijk van verschillen in bodemkarakteristieken
• fijnere bodemopbouw vormt een capillaire barrière
➔ DNAPL pooling & laterale verspreiding (evt tegen GW stromingsrichting in! )
• Diffusie : DNAPL opslag in smalle poriën.
• Advectie: vorming van langdurige GW
pluimen
DNAPL – Dense Non Aqueous Phase Liquids
fijngrof fijn grof
Pooling boven fijner materiaal
→ textuur:
klei < leem < zand
→ fijn zand vs. grof zand !!!
DNAPL – Dense Non Aqueous Phase Liquids
• Heterogene verspreiding leidt tot vorming van zeer grillige grondwaterpluimen
• Zeer moeilijk om volledig in beeld te brengen
• Verspreiding is gebaseerd op micro gelaagdheid van de bodem
• Goede kennis bodemopbouw is essentieel bij karakterisatie van de verontreiniging
• Wat is de schaal van onderzoeksmethode ?
Traditionele onderzoeksmethoden
1.Klassieke technieken:
•Kwantitatief & kwalitatieve meting
•Algemeen aanvaarde technieken door overheid
•Basis voor wetgeving/normen
• grondwaterstaalname / peilbuis
• grondstaal
staalname
analyse Interpretatie
mobilisatie Onzekerheid laboresultaat: +- 5 tot 10%
Peilbuizen voor karakterisatie
• Waar komt filter? Interval?
• Datadichtheid? Multilevel?
• Wat bemonsteren we echt?/ wat betekent het resultaat
• integratie over verfilterd traject
• Ook preferentiële toestroming uit goed
doorlatende lagen
• Bodemprofiel (EC)
• peilbuisfilter
Peilbuizen voor karakterisatie
• Nauwkeurige analyse
• Breed spectrum
➔ Hoge analytische kwaliteit
➔ Beperkte datapunten ➔ data gaps ➔ hoge ruimtlijke onzekerheid
➔ uitgemiddelde concentratie: Interpretatie ?
➔ Staalname en conservering?
➔ Inefficiente timing
Bodemonderzoek/sanering is omgaan met onzekerheid
• Analytische onzekerheid
• Analysemethode : strikte opvolging Labo’s
• Maar ook :
• Bemonstering
• Wat bemonsteren we echt?
• Vervluchtiging VOC’s
• Transport
• Handelingen, monstervoorbereiding,…
• Ruimtelijke onzekerheid
• Datadichtheid
Onzekerheid laboresultaat: +- 5 tot 10%
High Resolution Site Characterisation
• Een onderzoek van de ondergrond aangepast aan de schaal van
heterogeniteiten van de bodem die de verdeling, transport, en verspreiding van de verontreiniging bepaalt en dat de nodige graad van detail levert zodat een goed begrip bekomen wordt van:
• Bloodstellingsroutes
• Processen die evolutie van de verontreinigssituatie bepalen
• Massaverdeling en flux in de verschillende media
• Effecten van mogelijke saneringsstrategien
https://clu-
in.org/characterization/technologies/hrsc/pdfs/HRS
C-Participant-Manual-NARPM-2014.pdf
High Resolution Site Characterisation
• Verhoogde slaagkans van sanering door gedetailleerd en realistisch CSM
• Betere evaluatie van gerichte in situ en ex situ saneringsopties
• Sanering gebaseerd op zwak of onvolledig CSM zal niet lopen zoals verwacht, wat leidt tot
• Niet behalen vooropgestelde timing
• Buitensporige kosten
• Niet behalen van saneringsdoelen
• Saneringskost vs karakterisatiekost :
• “pay a little more now to avoid paying a lot more later”
Enhanced In Situ Soil Analysis
• Ontwikkeling van een HRSC techniek die toelaat meer data te verzamelen om zo zowel ruimtelijke als analytische onzekerheid in bodemonderzoek te
kunnen verlagen en een sterker CSM te kunnen bouwen
• Via combinatie van on site
screeningstechnieken en ‘lab in the field’
“It’s far better to be approximately correct with a huge
dataset than precisely wrong
with a limited
dataset”
Membrane Interface Probe
© Geoprobe
Screening tool voor VOC’s
Probe met verwarmingsblok met hydrophobic semi permeable membrane
Direct push
Opwarming zorgt voor vervluchtiging en diffusie van
VOC’s naar innert carriergas
Membrane
Interface Probe
Typical setup: Combination of three detectors:
* Dry electrolytic detector (DELCD) or
Halogen specific detector (XSD)
* Photo ionisation detector (PID)
* Flame ionisation detector
(FID
Membrane Interface
Probe
• Membraantransfert is afhankelijk van component
• Detectorrespons is component afhankelijk
• Vb: DELCD signaal afhankelijk van aantal Cl atomen!
• PCE->TCE->DCE->VC
• Somdetector ➔ geen info over welke componenten aanwezig zijn
• Er kan interferrentie optreden met andere componenten in bodem (NH3, H2S, CH4)
• Vanwege beperkte gevoeligheid niet geschikt voor pluimafperking
PCE vs DCE
Factor 80!
EnISSA -MIP
• MIP met GC-MS detectie
• GC-MS:
• Geoptimaliseerd voor veldmetingen
• Gas sampling systeem: online analyse
• Methode optimalisatie:
• Analyse tijd: 1 min
• 12 componenten simultaan
• Calibratie voor geselecteerde contaminanten
• ➔ concentratie niveuas met detectielimiet tot ca 10-20 µg/L
EnISSA –MIP: eerder gedetecteerde componenten
• Chlorinated Solvents:
• PCE; TCE; cis-1,2-DCE; 1,1-DCE, trans-1,2-DCE, VC
• 1,1,1-TCA; 1,1,2-TCA; 1,1-DCA; 1,2-DCA, chloorethaan
• Tetrachloormethaan, Trichloormethaan, dichloormethaan, chloormethaan
• Freons
• Monochlorobenzene,
• ….
• BTEX, Naphthalene
• MTBE, TBA
• trimethylbenzene
• tetrahydrofuran, aceton, Isopropyl Alcohol, hexaan, methyl-hexaan, cyclohexane, Diethyl ether, MEK, n- butylacetate
• Indane, indene,
• 2,2,5,5-Tetramethyltetrahydrofuran , 2-methyl-2-propanol
• tetrahydrothiophene
EnISSA MIP met GCMS analyse
23
Gevoeligheid GCMS vs somdetectoren :
=>Volledige afperking van pluim en bronzone
goede correlatie met grondwaterstalen → high quality screening tool
! Opwarming volledige bodem
! Bodemopbouw
“On site” real-time informatie voor individuele componenten:
➔ Dynamic Sampling en bijsturing op veld mogelijk.
➔ complexe verontreinigingen met meerdere componenten/bronnen
Gerichte keuze van peilbuislocaties
Membrane Interface Probe - Bodemopbouw
• Electrical Conductivity (EC)
• Cone Penetrometer Test (CPT)
• Hydraulic Profiling Tool (HPT)
Electrical Conductivity (EC)
EC-dipool
Cone Penetrometer Test
• Sonde duwen zonder hameren
• Puntweerstand
• Kleefweerstand
• Classificatie in 12 bodemtypes
Hydraulic Profiling Tool
• Bijkomend injectiescreen
• Constante waterflow (200-400 ml/m)
• Aan te leggen druk is gelinkt aan
doorlaatbaarheid
Hydraulic Profiling Tool
• Duidelijke relatie bodemopbouw en aanwezigheid
verontreiniging
• Verspreidingsrisico?
• Hoge concentraties in slecht doorlaatbare lagen vs lage
concentraties in goed
doorlaatbare?
Kortrijk: Spinnerijkaai: Demonstratieproject OVAM Contamination: PCE, TCE, DCE, VC, 111TCA, BTEX, …
6 EnISSA-MIP locations compared to soil samples and wells Full report at www.citychlor.eu
Source 1
Source 2
GW Flow
Original Monitoring Well
Screen 9-10 m-mv:
PCE: < 0,5 ug/l TCE: < 0,5 ug/l DCE: < 0,5 ug/l VC: 94 ug/l
Case 1 - Citychlor
Source 1
Source 2
GW Flow
Original Monitoring Well
Screen 9-10 m-m-bgl:
PCE: < 0,5 ug/l TCE: < 0,5 ug/l DCE: < 0,5 ug/l VC: 94 ug/l
Screen
Case study - Citychlor
Source 1
Source 2
GW Flow
Original Monitoring Well
Screen 9-10 bgl:
PCE: < 0,5 ug/l TCE: < 0,5 ug/l DCE: < 0,5 ug/l VC: 94 ug/l
Screen
Screen 12-14 bgl:
PCE: < 0,5 ug/l TCE: < 0,5 ug/l DCE: 30 000ug/l VC: 12 000 ug/l
New screen
Case study - Citychlor
˗ Overschatting bij hoge concentraties
· Aan bodem geadsorbeerde fase zal ook bijdragen aan
MIP signaal
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
EnISSA MIP groundwaterwells samplinggroundwaterwells soil/GWanalysis report total projectcost
Cost (€)
0 5000 10000 15000 20000 25000
Cost ($)
EnISSA campaign traditional campaign
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
EnISSA traditional
Cost for 1 informationmeter (€)
0 100 200 300 400 500 600
Cost for 1 informationmeter ($)
25% savings on investigation budget
Case study - Citychlor
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
En ISS A M groundw at w el ls sampli ng groundw at w el ls soi l/G W anal ysi s repor t tot al proje ct cost
C ost (€)
0 5000 10000 15000 20000 25000
C ost ($)
EnISSA campaign traditional campaign
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
E n ISS A tr ad it io n al
Co st f o r 1 in fo rm at io n m et er (€ )
0 100 200 300 400 500 600
Co st f o r 1 in fo rm at io n m et er ($ )
4x more information !
Better
understanding and CSM
Decreased failure risk of remediation
Case study - Citychlor
www.EnISSA.com
CASE 2: droogkuislocatie Nederland
˗ PCE in een peilbuis in eerder onderzoek
˗ Onduidelijk waar PCE zich bevindt
˗ EnISSA MIP sonderingen om uit te klaren
PB1
4.0 - 5.0 m-mv PCE: 230µg/L PB102
3.0 – 4.0 m- mv PCE: <1 µg/L
PB103 2.2 – 3.2 m- mv PCE: 1 µg/L
PB104 3.0 - 4.0 m- mv PCE: < 1 µg/L
PB A1 3.5 – 4.5 m-mv PCE: 2 µg/L PB101
3.0-4.0 m-mv PCE: 10 µg/L
PCE µg/L
2003 13 000 2007 2500 2013 230
EnISSA- MIP 1
PCE: 7- 11 m-mv ca 70 000 µg/L
PCE µg/L
2003 13 000 2007 2500 2013 230
7 . EnISSA MIP – projectvoorbeeld 2
Case: Droogkuis locatie Nederland
EnISSA- MIP 2
EnISSA- MIP 3
EnISSA- MIP 4
200 m
Bronzone : geen afbraak Pluim : ook TCE en DCE
CASE 3 Validation of groundwater model
˗ Gekende VOCL verontreiniging in Zuid-Oosten
˗ 3km naar NO in kwelzone VC
aangetroffen in oppervlaktewater
˗ Studie GW model linkt beiden
˗ Hoe bevestigen?
0 200m
0 140m
CASE 4 Projectlocatie Duitsland
˗ Metaalbewerkingsite met TRI baden
˗ Al 10 tal jaar Pump and treat zonder veel vooruitgang
˗ Bijkomende onderzoek met ca 10 EnISSA-MIP locaties
˗ “Misschien ook EnISSA MIP niet gevoelig genoeg?, beter tijdelijke peilbuizen?”
· Gebaseerd op beschikbare peilbuizen met filters van 8-18m-
mv….
˗ Uiteindelijk > 40 MIPs
˗ Verspreiding vooral tegen GW
stromingsrichting in
Case: Industrial site Sweden.
Additional investigation to optimize remediation approach 82 MIP + HPT locations
Bedrock
Case: Dry cleaning site Sweden.
34 MIP + HPT locations
Case: Dry cleaning site Sweden.
34 MIP + HPT locations
Optical Image Profiler
• The OIP probe (Geoprobe™) is a new direct push tool for determination of presence and distribution of petroleum NAPLs in the
subsurface UV LED
Green LED
Benefits
Fast direct push method delivering on site information
Strong graphical representation of the results will support consultant in building and
understanding the contaminant situation and CSM
Cost effective approach to collect data and reduce data gaps and uncertainties
OIP cross section field data
• Downgradient (left) the product is found in only 10 cm layer
• Can have important impact on groundwater quality
• Difficult to detect with conventional
sampling
EnISSA - Advanced OIP data visualisation
Images can be converted to a visaul profile and colored graphs
On site GCMS screening
Monitoring CVOC’s in ambient air
0 20.000 40.000 60.000 80.000
7:26 8:38 9:50 11:02 12:14 13:26 14:38
Conc. µg/m³
PCE Grenswaarde omwonende - PCE - 17200 µg/m³
Indoor air screening and Vapour intrusion sniffing
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
07:26 07:55 08:24 08:52 09:21
Concentratie [µg/m³]
PCE
0 200 400 600 800 1000
07:26 07:55 08:24 08:52 09:21
Concentratie [µg/m³]
TCE
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
07:26 07:55 08:24 08:52 09:21
Concentratie [µg/m³]
DCE
0 10 20 30 40 50 60 70
07:26 07:55 08:24 08:52 09:21
Concentratie [µg/m³]
VC
On-site GCMS analysis – Excavation site
0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000
7:26 8:38 9:50 11:02 12:14 13:26 14:38
Conc. µg/m³
Dikkelvenne - Locatie Z1
PCE Grenswaarde omwonende - PCE - 17200 µg/m³
100 200 300 400 500 600 700 800 900
Conc. µg/m³
