Direct Sensing Technologien

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1 Direct Sensing Technologien zur 3D Charakterisierung eines Standortes Einsatzmöglichkeiten, Chancen und Grenzen Dr. Eugen Martac Fugro Consult GmbH 7. November 2013

2 Hohe Auflösung - Detaillierungsgrad Charakterisierung einer Quelle / Kontamination Sanierungsplanungen, speziell von in-situ Sanierungen erfordern eine detaillierte Kenntnis der lithologischen und hydraulischen Inhomogenitäten sowie der Schadstoffverteilung und Schadstoffmobilität die Anwendung von in-situ Methoden zur Standorterkundung ist daher unabdingbar zum Verständnis der Architektur einer Schadstoffquelle oder einer Schadstofffahne. PROCEEDINGS, TOUGH Symposium 2006 Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California, May 15 17, 2006 MODELLING NAPL SOURCE ZONE FORMATION IN STOCHATICALLY HETEROGENEOUS LAYERED MEDIA A COMPARISON WITH EXPERIMENTAL RESULTS

3 Hohe Auflösung - Detaillierungsgrad Cape Cod, MA

4 Hochauflösende Standorterkundung CPT - Direct Push Sondierungen In-situ-Messung von Parametern Entscheidung vor Ort Probenahme / Installationen Boden Bodenluft Grundwasser

5 Adaptive Erkundung/Standortmodellentwicklung

6 Verfügbare Technologien Echtzeit Technoloien CPT / EC Logging (Lithologie / Geologie) - zur Bodenklassifizierung MIP / LIF / XRF (Kontamination) - MIP (Membrane Interface Probe) für leichtflüchtige Stoffe (CKW, BTEX) - LIF (Laser Induced Fluorescence: ROST, UVOST, TarGOST) - für Kohlenwasserstoff (MKW, Kerosin, Teeröl) - XRF (Röntgenfluoreszenz) zur Schwermetallerkundung Hydraulische Profilierung (HPT = Hydraulischer Index) In-Situ Slug-Test (hydraulische Durchlässigkeit)

7 Einsatzmöglichkeiten / Limitierungen Was kann In-Situ: Lieferung von Daten während der Sondierung = Ermöglichung von Entscheidungsprozessen vor Ort. Digitale Bereitstellung der Daten per unmittelbar nach Messung. Ein hochauflösendes Bild vermitteln (Realität versus Modellvorstellung). Schnelle Abgrenzungen von Schadenskörpern (Kernfahnen) in der Fläche und zur Tiefe. Datengrundlage für optimierte Risikobewertungen liefern. Planungsdaten für den erfolgreichen und kosteneffektiven Einsatz von in-situ Sanierungsverfahren (in-situ = Kontaktsport) liefern. Was kann es nicht: Laboranalytik verzichtbar machen. Die fachlich interpretative Kompetenz des Gutachters ersetzen.

8 Einsatzmöglichkeiten / Limitierungen CPT / EC Logging (Lithologie / Geologie) Chancen: Hohe Auflösung liefert ein deutlich differenzierteres Bild als eine Standard-Profilaufname. Genauere und verlässlichere numerische Interpolation möglich. CPT Reibungsverhältnis in Kombination mit elektrischer Leitfähigkeit liefert kontunuierliches Profil der Grundwasser- Leitfähigkeit = Mineralisierung. Aussage zur Lagerungsdichte von nichtbindigen Böden möglich. Limitierungen: Interpretation der elektrischen Formationsleitfähigkeit beruht auf dem Anteil von polaren Tonmineralen = Fehlinterpretation bei glazigenen Ablagerungen. CPT-Daten hier wesentlich verlässlicher! Falsche Interpolationsmethode und zu hoher Detaillierungsgrad = Fehlinterpretation

9 Profilschnitte Lithologie (Reibungsverhältnis) A Legende Bodenidentifikation Bodenidentifikation nach ROBERTSON CPT01/12 CPT02/12 CPT03/12 A Sehr locker gelagerter feinkörniger Boden Organischer Ton, Torf Ton Ton, schluffig bis Ton Schluff, tonig bis Ton, schluffig Schluff, sandig bis Schluff, tonig Sand schluffig bis Schluff, sandig Sand bis Sand, schluffig Sand Kies, sandig bis Sand, kiesig Ton, steif bis sehr steif Sand bis Sand, tonig Bodenidentifikation nach ROBERTSON Legende Bodenidentifikation (zusammengefasst) Sehr locker gelagerter feinkörniger Boden Organischer Ton, Torf / Ton bis Ton, schluffig Schluff, tonig bis Ton, schluffig / Schluff, sandig bis Schluff, tonig Sand bis Sand, schluffig bis Schluff, sandig bis Kies, sandig bis Sand, kiesig Ton, steif bis sehr steif Sand bis Sand, tonig CPT01/12 CPT02/12 CPT03/

10 Profilschnitt Lithologie (Leitfähigkeit) A Legende interpretierte Elektrische Leitfähigkeit (ms/m) Interpretierte Elektrische Leitfähigkeit HPT01/12 HPT02/12 HPT03/12 A > ,000 Kies - Sand Sand, schluffig Sand, stark schluffig Schluff - Ton Ton

11 MIP-CPT-HPT Kontamination + Hydraulischer Index HPT Wasser Injektion MIP-CPT-HPT Hydraulic Membrane All in One Push: Pump (CF) HPT Pressure transducer - HPT = Hydraulik - EC = Lithologie + Salinität Filter - MIP = Kontamination - Heizung und Thermosensor - CPT = Lithologie - Dynamischer Porenwasserdruck Kostanter Wasserfluss ( ml/min) Drucksensor in der Sonde

12 MIP - CPT Detektierbare Schadstoffe Empfindlichkeit der Detektoren für Schadstoffe CONTAMINANT PID FID DELCD PCE TCE PID (Photo Ionisation Detector) All substances whose ionisation potential is below the lamp potential (10.2 or 10.6 ev) cis DCE / trans - DCE VC TCA Benzene Toluene Ethylbenzene Xylene (Sensitivity +++ = good, ++ = moderate, + = low, - = no detection) Beispiel: Nachweisgrenze für TCE ist geringer als für PCE PCE: Hoch chloriert aber hoher Siedepunkt (121 C) TCE: Niedriger chloriert aber niedriger Siedepunkt (86 C) FID (Flame Ionisation Detector) All molecules having C-H bonds DELCD (Dry Electrolytic Conductivity Detector) Chlorinated or bromited molecules

13 MIP Grundlagen MIP ist eine Screening - Methode Liefert qualitative / halbquantitative Daten MIP detektiert alle vorhandenen Schadstoffe Sorbierte, gelöste, Phasen, gasförmige Phase (residual) Bodenluft (gasförmig) Echtzeitprofil der Kontamination und der Lithologie Grundwasser (gelöst) Bodenmatrix (gelöst) Anwendungsfelder: Quellen (Identifizierung / Eingrenzung) Kernfahnen (Identifizierung / Eingrenzung / Verfolgung)) Detektionsgrenzen sind zu berücksichtigen! Abhängig von: - Physikalisch-chemischen Eigenschaften der Kontaminanten (TCE > DCE > PCE > VC) - In Fahnen: Verhältnis gelöst / sorbiert (foc) - Wechselwirkung zwischen Schadstoffen Massenverteilung flüchtiger Schadstoffe (CKW / BTEX) Beeinflussende Faktoren: Lösungsgleichgewicht Wasser / Boden / Phase Organischer Kohlenstoff adsorbiert / desorbiert Schadstoffe

14 Einsatzmöglichkeiten / Limitierungen MIP + (HPT) Möglichkeiten: Hochauflösende Erfassung = Differenzierung der Kontamination zur Tiefe in Bezug zur Lithologie. Echtzeittechnologie = Adaptive Anpassung der Untersuchung = Kosteneffizienz. Numerische Interpolation der digitalen Messdaten = 3-D Modelle. Differenzierte Frachtenerfasung = optimierte Risikobewertung und Sanierung. CPT-Daten und EC-Daten in Kombination lassen Bewertung von anaeroben CKW- Abbauvorgängen zu = Mineralisierung durch Chloridbildung.

15 Einsatzmöglichkeiten / Limitierungen MIP + (HPT) Grenzen: Nachweisgrenzen zu hoch für eine Bewertung und Abgrenzung niedriger Konzentrationen (NWG abhängig vom Einzelstoff bis zu ca. 1 ppm). Summensignal ermöglicht nur beschränkte Interpretation z.b. von CKW Einzelkomponenten Verifizierung durch on-site GC-MS oder Probenahmen notwendig. Abgrenzung des Signals zur Tiefe manchmal schwierig bzw. erfordert angepasste Herangehensweise (Wartezeit versus Produktivität) Vergleich zwischen Messdaten (Signale in Volt) und Konzentrationswerten in Böden / Grundwasser erfordert sehr komplexe Betrachtungsweise: Sorptionskoeffizient variiert in Abhängigkeit von ogan. C, Tonmineralanteil, Eisengehalt etc. Interpretation machbar unter Einbeziehung des Reibungsverhältnisses aber komplex! Kalibrierung der Messdaten zwischen einzelnen Kampagnen und einzelnen Sondierungen erfordert umfangreiche Maßnahmen zur Qualitätssicherung (Flash-Tests, Response Tests) Höhere Sicherheit durch Einbindung von on-site GC-MS (Hapsite) zur quantitativen Analytik des Trägergases

16 Einsatzmöglichkeiten / Limitierungen

17 Beispiel Schadensquelle Vertical Scale 1:125 (DIN A3) AR 1 CPT MIP HPT Cone Resist. [MPa] PWP [MPa/50] Friction Ratio [%] EC [ms/m*10] DELCD [V] PID [V] FID [V] Temp. [ C] Speed [m/min] Flow [ml/min] Press P [kpa] Q/P [ml/min/kpa] ,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 0,0 0,8 1,6 2,4 3,2 4, Depth [m] Depth [m] CKW in bindigen Böden akkumuliert, Fracht gering, kaum Abbau, alter Schaden oder laterale Schadensquelle Robertson CPT Soil Classification (modified) Cone Resistance in MPa 100,0 10,0 1,0 0, Friction Ratio in % Legend (Colors in Friction Ratio Profile) 1 Sensitive, fine grained 2 Organic soils, peat 3 Clay 4 Clay to silty clay 5 Clayey silt to silty clay 6 Sandy silt to clayey silt 7 Silty sand to sandy silt 8 Sand to silty sand 9 Coarse to medium sand 10 Gravel to gravelly sand 11 Very stiff, fine grained 12 Very stiff sand to clayey sand Soil types 11 und 12 are heavily overconsolidated or cemented. Cone Resistance [MPa] Soil Density and Consistency (interpreted) 100,0 10,0 1,0 0, Friction Ratio [%] Depth [m bgs] Estimated VOCL-Concentration in TCE-Equivalents ,01 0,10 1,00 DELCD [V] Legend (Colors in Cone Resistance Profile) very loose loose medium dense dense very dense Project: MIP-HPT-CPT Test Location: AR 1 Client: Contractor: Fugro Consult GmbH Processed by: Test Date: very soft soft firm stiff very stiff hard Legend (Colors in DELCD Profile) 0,3-1,0 mg/l 1-10 mg/l mg/l mg/l > 100 mg/l Depth (CPT): 15,60 m bgs Fugro Consult GmbH In-Situ Technologies Burgwedel Braunschweig Mössingen

18 Beispiel Grundwasserabstrom Vertical Scale 1:125 (DIN A3) AR 3 CPT MIP HPT Cone Resist. [MPa] PWP [MPa/50] Friction Ratio [%] EC [ms/m*10] DELCD [V] PID [V] FID [V] Temp. [ C] Speed [m/min] Flow [ml/min] Press P [kpa] Q/P [ml/min/kpa] ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1, Depth [m] Depth [m] CKW in bindigen Böden + gelöst, differenzierte Frachten, starker anaerober Abbau Reibungsverhältnis versus Formationsleitfähigkeit Robertson CPT Soil Classification (modified) Cone Resistance in MPa 100,0 10,0 1,0 0, Friction Ratio in % Legend (Colors in Friction Ratio Profile) 1 Sensitive, fine grained 2 Organic soils, peat 3 Clay 4 Clay to silty clay 5 Clayey silt to silty clay 6 Sandy silt to clayey silt 7 Silty sand to sandy silt 8 Sand to silty sand 9 Coarse to medium sand 10 Gravel to gravelly sand 11 Very stiff, fine grained 12 Very stiff sand to clayey sand Soil types 11 und 12 are heavily overconsolidated or cemented. Cone Resistance [MPa] Soil Density and Consistency (interpreted) 100,0 10,0 1,0 0, Friction Ratio [%] Depth [m bgs] Estimated VOCL-Concentration in TCE-Equivalents ,01 0,10 1,00 DELCD [V] Legend (Colors in Cone Resistance Profile) very loose loose medium dense dense very dense Project: MIP-HPT-CPT Test Location: AR 3 Client: Contractor: Fugro Consult GmbH Processed by: Test Date: very soft soft firm stiff very stiff hard Legend (Colors in DELCD Profile) 0,3-1,0 mg/l 1-10 mg/l mg/l mg/l > 100 mg/l Depth (CPT): 15,50 m bgs Fugro Consult GmbH In-Situ Technologies Burgwedel Braunschweig Mössingen

19 Schadstofffahne komplexer Standort Höhenmaßstab 1:150 (DIN A2) PC 02 Tiefe [m] CPT MIP HPT Slug Test Spitzendruck [MPa] Reibungsverhältnis [%] / LF [ms/m*5] DELCD [V] PID [V] FID [V] Temp. [ C] Flow Q [ml/min] Druck P [kpa] Q/P [ml/min/kpa] ,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0, Bohrprofil Bodenprobenahme ,46 1,60 0,00 ms, gs, g, Auffüllung 0,15 ms, fs, h 0,45 fs, u, im Hangenden eisenfleckig, Xylit-frei 1,10 ms, fs, Xylit-frei 1, ms, fs 3,00-4,00 m 4 5 4,80 4,00-5,00 m 5 6 5,00-6,00 m 6 7 ms, fs, lagenweise vereinzelt xylitische Bröckchen (5.200) ,60 fs, ms, vereinzelt xylitische Reste 8,90 ms, gs, fg, fs, vereinzelt xylitische Reste 8,60-8,90 m , 58E-05 m/s 10,40 fs, ohne xylitische Reste 10,40-11,00 m 11,00-12,00 m (570) 42 (21) 2, 02E-04 m/s 12,10 ms, gs, fs, fg, vereinzelt xylitische Reste 12,85 H, s, g, verottetes Holz, Xylite 12,95 fs, ms, zwei Lagen mit zersetztem Holz, Xylite 13,30 mg, gg, fg, gs, Xylit-frei 14,20 fs 14,30 mg, fs, gg, gs, im Liegenden "Steinsohle", Grobkies und Steine gerundet, Xylit-frei 12,85-12,95 m 13,00-13,30 m ,40 U, s, t, 16,5-16,7 m: Steinlage 17,00 U, s, g, t 16,90-17,00 m ,25 U, fs, gs, t ,25 21,00 fs, u, gs U, fs, t, lag (g-g), bei 23,0 m: Stein (Durchmesser 8 cm) ,30 25,00 fs, u, gs, x U, fs, t, gs, g, gg, (Kalkgerölle zum Liegenden zunehmend) ,40 32,00 ms, fs ms, gs, X Geschiebemergel nur durch RF identifiziert Spitzendruck und HPT = wesentliche Information 34,00 ms, fs, gs, wenig xylith. Reste, vereinzelt feinkiesige Gerölle 35,00 38,00 40,00 ms, fs, gs, wenig xylith. Reste, vereinzelt feinkiesige Gerölle fs, ms 34,00-35,00 m 35,00-36,00 m 36,00-37,00 m 37,00-38,00 m Bodenklassifikation (modifiziert nach Robertson et al., 1986) 100,0 Farblegende Reibungsverhältnis-Profil Lagerungsdichten und Konsistenzen (interpretiert) Farblegende Spitzendruck-Profil sehr locker breiig sehr weich Legende Grundwassersondierung (GWS) Probenahmeintervall keine Probenahme möglich Cone Resistance in MPa , , , Reibungsverhältnis [%] 1 Sehr locker gelagerter, feinkörniger Boden 2 Organischer Ton, Torf 3 Ton 4 Ton, schluffig bis Ton 5 Schluff, tonig bis Ton, schluffig 6 Schluff, sandig bis Schluff, tonig 7 Sand, schluffig bis Schluff, sandig 8 Sand bis Sand, schluffig 9 Sand 10 Kies, sandig bis Sand, kiesig 11 Ton, fest 12 Sand bis Sand, tonig Bodenarten 11 und 12 sind überkonsolidiert oder zementiert. Spitzendruck [MPa] 100,0 10,0 1,0 0, Reibungsverhältnis [%] locker mittel dicht dicht sehr dicht Bemerkungen weich steif halbfest fest 530 Summe LHKW ohne VC, VC in Klammern (µg/l) (220) 230 Methan (µg/l) 180 Ethen (µg/l) 340 Ethan (µg/l) Projekt: Sondierung: Auftraggeber: Bohrfirma: Bearbeiter: Sondierdatum: MIP-HPT-CPT PC 02 Rechtswert: ,9 Fugro Consult GmbH Hochwert: ,8 Höhe: 32,93 m NHN Endtiefe: 40,00 m u. GOK Fugro Consult GmbH In-Situ Technologies Großburgwedel Braunschweig Nehren

20 Validierung In-Situ Slug Testing Validierung von HPT durch tiefenhorientierten ST Konvertierung der relativen Q/P in K-Werten TASK-Demonstrationsstandort Voigtländer 1,00E-04 y = 3E-05Ln(x) + 1E-05 R 2 = 0,8783 K (m/s) 1,00E-05 1,00E Q/p (ml/min/kpa)

21 Fallbeispiel Frachtbasierte In-Situ Sanierung 2D Verteilung der hydraulischen Durchlässigkeit (kf Werte) Schadstofffracht = Σ ij (c ij. k ij. A ij ). i

22 Qualitätssicherung MIP Sorptions- und Desorptionsprozesse beim Schadstofftransport zu den Detektoren führen zur Verschleppung des Signals / Unterschiedliche Komponenten zeigen unterschiedliche Laufzeiten (Chromatographieeffekt) Beheizte Kapillaren (nicht zu heiß, dann nur noch Nadelpeaks = keine Kalibrierung möglich) Ensprechende Wartezeiten einhalten (versus Produktivität) Vor und nach der Sondierung sind zielgerichtete Tests zur Kalibrierung des Systems notwendig Flashtests Responsetests mit verschiedenen Konzentrationen relevanter Kontaminanten Ständige Plausibilitätsprüfung während der Messung erfordert gute Ausbildung des Operators

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26 Qualitätssicherung bei MIP Kalibrierung des Systems: Tests vor und nach jeder Sondierung Flashtests Responsetests mit verschiedenen Konzentrationen relevanter Kontaminanten

27 Qualitätssicherung bei MIP Sondiergeschwindigkeit als Einflussgröße

28 MIP-HPT Fallbeispiel Beginn Kontamination Abnahme der hydr. Leitfähigkeit Schlufflage Lithologischer Beginn des Stauers

29 Entwicklungen / Alternativen Unterstützung der MIP-Daten durch unterstützende analytische Verfahren: Kopplung mit GC-MS (PTRMS / Hapsite) zur Kalibrierung und Quantifizierung

30 Entwicklungen / Alternativen Unterstützung der MIP-Daten durch unterstützende analytische Verfahren: MIP und HAPSITE Trägergas kann wahlweise auf MIP-Detektoren oder Hapsite geleitet werden Anpassung des GC-MS (Hapsite) auf Durchflussrate des MIP-Systems Abhängig von Messspektrum und Trennzeit in der Säule liegen Messzeiten zwischen 5 min und 15 min. Unterbrechung des Messvorgangs MIP beträgt ca. 4 min = Befüllzeit / Anreicherung GC-MS Nachweisgrenzen im Trägergas im Bereich von 0,01 ppm. Environmental Technology Verification Report, U.S. EPA/600/R-98/142 November Field-Portable Gas Chromatograph/Mass Spectrometer. INFICON Inc. HAPSITE. The EPA Environmental Technology Verification Report was conducted on HAPSITE Portable GC/MS using isothermal GC and no concentrator. HAPSITE Chemical Identification System, field-portable GC/MS, is equipped with a temperature programmable gas chromatograph and a microtrap concentrator.

31 Entwicklungen / Alternativen

32 Entwicklungen / Alternativen MIP und PTRMS Proton Transfer Reaction High Resolution Time-of-Flight Mass Spectrometer (PTR-HRTOF-MS) Quantitative Echtzeit -Analyse von VOC im Spurenbereich (Trägergas MIP) Moleküle werden mit minimaler Energie ionisiert Linearbeschleuniger (HRTOF gefaltet) Auswertung über Flugzeiten = Massen Messung in 50 Millisekunden Intervallen

33 Entwicklungen / Alternativen

34 Entwicklungen / Alternativen Vertical Scale 1:150 (DIN A3) CW5 CPT MIP PTR-MS Cone Resist. [MPa] Fr. Ratio [%] EC [ms/m*20] DELCD [V] PID [V] FID [V] Ethylbenzene Benzene Toluene Ethylene TetrachlorethyleneTrichlorethylene Dicyclopentadiene Naphthalene ,0 0,1 0,2 0,0 0,1 0,2 0,0 0,1 0, Depth [m] Robertson CPT Soil Classification (modified) 100,0 Legend (Colors in Friction Ratio Profile) 10 1 Sensitive, fine grained Organic soils, peat 10,0 8 3 Clay 7 4 Clay to silty clay 6 5 Clayey silt to silty clay 5 6 Sandy silt to clayey silt 3 1,0 4 7 Silty sand to sandy silt 8 Sand to silty sand 1 9 Coarse to medium sand 2 10 Gravel to gravelly sand 0,1 11 Very stiff, fine grained Very stiff sand to clayey sand Friction Ratio in % Soil types 11 und 12 are heavily overconsolidated or cemented. Cone Resistance in MPa Cone Resistance [MPa] Soil Density and Consistency (interpreted) 100,0 10,0 1,0 0, Friction Ratio [%] Depth [m bgs] Estimated VOCL-Concentration in TCE-Equivalents ,01 0,10 1,00 DELCD [V] Legend (Colors in Cone Resistance Profile) very loose loose medium dense dense very dense Project: Test Location: CW5 Client: Contractor: Fugro Consult GmbH Processed by: Test Date: very soft soft firm stiff very stiff hard Legend (Colors in DELCD Profile) 0,3-1,0 mg/l 1-10 mg/l mg/l mg/l > 100 mg/l Depth (CPT): 22,00 m bgs PTR-MS data in arbitrary units Fugro Consult GmbH In-Situ Technologies Burgwedel Braunschweig Mössingen

35 XRF-CPT Probe = Heavy Metals in Real Time X-ray fluorescence (XRF) emission of characteristic "secondary (or fluorescent) X-rays from a material that has been excited by high-energy X-rays XRF Window CPT XRF Probe reads actual metal content in the soil In-Situ + Real Time approach No errors associated with sampling / sample preparation Fluorescence: term applied to phenomena in which the absorption of radiation of a specific energy results in the re-emission of radiation of a different energy (generally lower)

36 XRF- CPT Probe XRF Cone with boron carbide window Lead coated calibration box

37 XRF-CPT Probe: Examples Vertical Scale 1:50 (DIN A3) Depth in m bgs. Cone Resist. (MPa) Friction Ratio (%) Fe CPDM266 + CPDM195 Zn As Br Pb Robertson CPT Soil Classification (modified) Soil Density and Consistency (interpreted) Colors in Cone Resistance Profile Legend Cone Resistance in MPa Friction Ratio in % Legend (Colors in Friction Ratio Profile) 1 Sensitive, fine grained 2 Organic soils, peat 3 Clay 4 Clay to silty clay 5 Clayey silt to silty clay 6 Sandy silt to clayey silt 7 Silty sand to sandy silt 8 Sand to silty sand 9 Coarse to medium sand 10 Gravel to gravelly sand 11 Very stiff, fine grained 12 Very stiff sand to clayey sand Soil types 11 und 12 are heavily overconsolidated or cemented. Cone Resistance in MPa very loose loose medium dense dense very dense very soft soft firm stiff very stiff hard Contaminant Distribution measured with XRF Probe (ppm) Contaminant Distribution measured by Chemical Analysis (mg/kg) Project: Test Location: CPDM266 Client: Contractor: Fugro Consult GmbH Processed by: Test Date: 08/14/2013 Depth: 6.55 m bgs Fugro Consult GmbH In-Situ Technologies Burgwedel Braunschweig Mössingen

38 XRF-CPT Probe: Examples Vertical Scale 1:50 (DIN A3) Depth in m bgs. Cone Resist. (MPa) Friction Ratio (%) Fe CPDM270 + CPDM192 Zn As Br Pb Robertson CPT Soil Classification (modified) Soil Density and Consistency (interpreted) Colors in Cone Resistance Profile Legend Cone Resistance in MPa Friction Ratio in % Legend (Colors in Friction Ratio Profile) 1 Sensitive, fine grained 2 Organic soils, peat 3 Clay 4 Clay to silty clay 5 Clayey silt to silty clay 6 Sandy silt to clayey silt 7 Silty sand to sandy silt 8 Sand to silty sand 9 Coarse to medium sand 10 Gravel to gravelly sand 11 Very stiff, fine grained 12 Very stiff sand to clayey sand Soil types 11 und 12 are heavily overconsolidated or cemented. Cone Resistance in MPa very loose loose medium dense dense very dense very soft soft firm stiff very stiff hard Contaminant Distribution measured with XRF Probe (ppm) Contaminant Distribution measured by Chemical Analysis (mg/kg) Project: Test Location: CPDM270 Client: Contractor: Fugro Consult GmbH Processed by: Test Date: 08/15/2013 Depth: 7.00 m bgs Fugro Consult GmbH In-Situ Technologies Burgwedel Braunschweig Mössingen

39 XRF-CPT Probe: Examples Cross Section Arsenic CPDM267 CPDM285 CPDM284 CPDM272 CPDM282 CPDM Cross Section Zinc CPDM267 CPDM285 CPDM284 CPDM272 CPDM282 CPDM Cross Section CPDM CPDM-266 CPDM CPDM-287 CPDM-268 CPDM CPDM-269 CPDM CPDM-270 CPDM ,000 CPDM-272 1,000-5,000 CPDM-271 CPDM-282 5,000-10,000 10,000-20,000 CPDM ,000-40,000 CPDM-281 2D/3D Verteilungen

40 XRF-CPT Probe = Heavy Metals in Real Time XRF Cone - Applications Contaminated Sites (Metal Processing Plants, Arsenic Warfare Sites, Mercury Sites) Contaminated Sediments (Harbor Mud, River Sediments) Tailings Dams/Disposals Metal Processing Waste Disposals (e.g. Red Mud Issue)

41 Laserfluoreszenz (LIF) Semi-quantitative detection of hydrocarbons (fuels, crude oil and tar) in saturated/unsaturated Waveform product identification New tool, first projects completed TarGOST (Tar-Specific Green Optical Screening Tool) Green laser especially and solely designed for Tar DNAPL (Coal Tar, Creosote etc.) ROST (Rapid Optical Screening Tool) Nd-YAG-Laser/Dye-Laser Excitation 290 nm Emission Wavelengths nm UVOST (UltraViolet Optical Screening Tool) Excimer Laser Excitation 308 nm Emission Wavelengths nm

42 Laserfluoreszenz (LIF) WAVELENGTH DISTRIBUTION PETROL WAVELENGTH DISTRIBUTION KEROSENE WAVELENGTH DISTRIBUTION HYDRAULIC OIL WAVELENGTH DISTRIBUTION TAR 340nm 390nm 440nm 490nm 340nm 390nm 440nm 490nm 340nm 390nm 440nm 490nm 340nm 390nm 440nm 490nm WAVELENGTH DISTRIBUTION TURPENTINE WAVELENGTH DISTRIBUTION DIESEL WAVELENGTH DISTRIBUTION CREOSOTE WAVELENGTH DISTRIBUTION 0IL 340nm 390nm 440nm 490nm 340nm 390nm 440nm 490nm 340nm 390nm 440nm 490nm 340nm 390nm 440nm 490nm ROST - Waveforms

43 Vertical Scale 1:80 ROST Cone Resistance in MPa Friction Ratio in % ROST Fluorescence in % Depth in m bgs Depth in m bgs. pv ns Background pv ns pv Kerosene ns Kerosene pv Cone Resistance in MPa Robertson CPT Soil Classification (modified) Friction Ratio in % Kerosene Source Zone Cone Resistance in MPa Soil Density and Consistency (interpreted) Friction Ratio in % Wavelength Shift ROST Wavelength Shift Depth in m bgs pv pv ns Kerosene LNAPL ns Weathered or degraded Kerosene Legend (Colors in Friction Ratio Profile) 1 Sensitive, fine grained 2 Organic soils, peat 3 Clay 4 Clay to silty clay 5 Clayey silt to silty clay Legend (Colors in Cone Resistance Profile) very loose loose medium dense dense very dense very soft soft firm stiff very stiff hard Legend (Colors in ROST Fluorescence Profile) Heavy Oil Fraction Medium to Light Oil Fraction Heavy to Medium Oil Fraction Light to Medium Oil Fraction Medium to Heavy Oil Fraction Light Oil Fraction ns 6 Sandy silt to clayey silt 7 Silty sand to sandy silt 8 Sand to silty sand 9 Coarse to medium sand 10 Gravel to gravelly sand 11 Very stiff, fine grained 12 Very stiff sand to clayey sand Soil types 11 und 12 are heavily overconsolidated or cemented. Project: Test Location: Client: Contractor: Processed by: Test Date: X-Coord.: Y-Coord.: Level: Depth: FUGRO CONSULT GMBH In-Situ Technologies Ehlbeek 15 A D Burgwedel Tel , Fax Background

44 Visualisierung/Postprocessing Legende:

45 Modellvorstellungen zur räumlichen Verteilung der Hydraulik, Lithologie und Kontamination H37 Legende (%): H19 H18 H17 H23 H01 H H10 H12 H11 H20 H13 H14 H15 H02 H03 H45 H H38 H09 H08 H07 H06 H05 H H46 H39 H21 H54 H52 H51 H48 H35 H H40 H22 H50 H49 H H53 H32 H26 H24 H25 H27 H28 H29 H30 H31 H44 H43 H41 2D-Übersicht: Verteilung der maximal über die Tiefe LIF integrale Fluoreszenz H42

46 H46 H39 H38 H40 H26 H10 H09 H21 H22 H24 H19 H25 H12 H54 H20 H13 H11 H08 H27 H41 H18 H52 H53 H28 H07 H42 H17 H14 H29 H06 H51 H50 H23 H30 H15 H05 H37 H48 H49 H43 H01 H16 H02 H03 H04 H31 H33 H35 H34 H32 H45 H44 H47 Modellvorstellungen zur räumlichen Verteilung der Hydraulik, Lithologie und Kontamination Integral Fluorescence Legend A H41 H27 H53 H51 H15 H37 A D Übersicht Wavelength shift A A H41 H27 H53 H51 H to -1.0 H background Legend A A -1.0 to -0.5 Light compounds bis 0.1 Light to middle weight compounds 0.1 bis 0.5 Middle weight to heavy compounds 0.5 bis 1.0 Heavy compounds

47 Modellvorstellungen zur räumlichen Verteilung der Hydraulik, Lithologie und Kontamination > 5 % > 10 % > 25 % > 50 %

48 Modellvorstellungen zur räumlichen Verteilung der Hydraulik, Lithologie und Kontamination Estimation of PCE concentrations function of the DELCD Signals Estimated concentration (µg/kg) 8000 y = 0,8096x ,3 R 2 = 0, DELCD Signal (mv) 3D- Architektur des Kontaminationskörpers abh. von DELCD Signalen kalibriert gegen Kontaminationsgehalten

49 Visualisierung/Postprocessing Modellvorstellung zur räumlichen Verteilung der Lithologie 19 Untersuchungspunkte 31 Untersuchungspunkte 40 Untersuchungspunkte 49 Untersuchungspunkte

50 Visualisierung/Postprocessing Funktionale räumliche Entwicklung vs. Abschätzung der 3D-Modellunsicherheiten Geostatistik min max

51 Visualisierung/Postprocessing Kosten/Nutzungs-Verhalten am Beispiel der grundwasser- bzw. bodenbeprobungsbasierten Abschätzung von noch vorhandener CKW-Masse Gewonnene Erkenntnisse Welcher Detaillierungsgrad ist wirtschaftlich?

52 Visualisierung/Postprocessing Blick aus Süd-Westen Blick aus Nord-Westen Blick aus Nord-Osten Blick aus Süd-Osten Erfolgreich behandelter Schadensfall Behördlich festgelegte Grenzwerte zu Konzentrationen bzw. Massenausträgen Pragmatischer Ansatz aus der Praxis mit einer 90% Reduzierung der Zielkonzentrationen/-massenausträge

53 Visualisierung/Postprocessing 3D- Architektur des Kontaminationskörpers abh. von unterschiedlichen Konzentrationsgrenzwerten (Bodengehalte) Vedere bidimensionala de sus Volume: m 3 Vedere bidimensionala de sus Volume: m 3 Threshold: Vedere tridimensionala 500 mg/kg Threshold: Vedere tridimensionala 2000 mg/kg Vedere bidimensionala de sus Volume: m 3 Vedere bidimensionala de sus Volume: m 3 Vedere bidimensionala de sus Volume: 1000 m 3 Vedere tridimensionala Threshold: mg/kg Vedere tridimensionala Threshold: mg/kg Vedere tridimensionala Threshold: mg/kg

54 Visualisierung/Postprocessing % aus Gesamtvolumen des Kontaminationskörpers Massenorientierte In-Situ Sanierung 45% des Volumens enthalten ca. 90% der Masse der Kontaminanten

55 Visualisierung/Postprocessing Massenausträge / Räumliche Verteilung der Frachten 0,0 g/d 10,7 g/d VC 12,1 g/d 0,0 g/d TCE cisdce 136,5 g/d 36,9 g/d CHC 0,5 g/d 174,4 g/d Massenausträge = Σ ij (c ij. K ij. A ij ). i

56 Visualisierung/Postprocessing HPT01 HPT02 HPT03 HPT04 HPT05 HPT06 HPT07 HPT08 HPT09 HPT10 HPT X Ton- OK GW- Stand Legende Fracht CKW (mg/d/zelle): X ,000 1,000-1,250 1,250-1,500

57 Visualisierung/Postprocessing /10 US Faustregel % der Massenausträge strömen durch ca. 15 % der Gesamtfläche Frachtorientierte In-Situ Sanierung

58 Frachtorientierte In-Situ Sanierung Massenaustrag 5,1 g/d Massenaustrag 64,3 g/d Massenaustrag 10 g/d Massenaustrag 9,3 g/d Gesamtmassenaustrag: 88,7 g/d

59 Frachtorientierte In-Situ Sanierung Design der Biobarierre Infiltrationspegel Zirkulationszelle: Infiltrations- und Pumppegel Infiltrationspegel 15 m 25 m 15 m IP1-6 IP13-19 IP7-12 B1 B2 B3 IP m Upper Aquifer Lower Aquifer Infiltrationspegel 3 x 4 Pumppegel 7 x 2 Infiltrationspegel 10 x 1 Infiltrationspegel 3 x 1 Infiltrationspegel Abdeckung 25 m 30 m 9 m

60 Frachtorientierte In-Situ Sanierung

61 Hochauflösende Standortcharakterisierung als Schlüssel für eine zielgerichtete und effiziente In-Situ Sanierung DP Sensing/Sampling Information Identifikation von bevorzugten (hydraulischen) Pfaden 3-D Kontaminationsverteilung Optimale Festlegung von Sanierungs/Beobachtungspegel, zielorientierte Sanierungs-/Monitoringsstrategien, etc. Lage Installation type Räumliche Konstellation Filterlage Injektions-/Beprobungstiefen Injektions-/Beprobungstyp bzw.- frequenz

62 Vielen Dank!