Das United States Army Corps of Engineers (USACE), Omaha District, hat im Auftrag der United States Air Force (USAF) HydroGeoLogic Inc. (HGL) und TRS Group, Inc. (TRS) ausgewählt, um die letzte Grundwassersanierung am Brandywine Superfund-Standort (Standort) befindet sich auf einem externen Grundstück der USAF Joint Base Andrews in Brandywine, Maryland. Die Sanierung wurde im Rahmen eines leistungsabhängigen Vertrags abgeschlossen und bestand in der Sanierung der Grundwasserfahnenquelle durch elektrische Widerstandsheizung (ERH).
Ursprünglich wurde das Gelände von 1943 bis 1961 von der United States Navy als Lagerraum genutzt (URS, 2006). Von 1961 bis 1987 wurde der Standort von der USAF als Lagerbereich für Abfälle und überschüssiges Regierungsmaterial (IT Corporation, 1999) betrieben, das von den Operationen des US-Verteidigungsministeriums (DoD) in verschiedenen Einrichtungen, einschließlich der Andrews Air Force Base ( AFB), Bolling AFB, dem Washington Navy Yard, der Naval Ordnance Station-Indian Head und dem White Oak Laboratory (Dames & Moore, 1992). Laut Aufzeichnungen der USAF wurden gefährliche Materialien und Abfälle, einschließlich verbrauchter Lösungsmittel, am Standort in Fässern und mehreren Betonbehältern gelagert (Dames & Moore, 1991). Detaillierte Informationen darüber, wo Lösungsmittelfässer gelagert wurden und wie die Abfälle am Standort behandelt wurden, sind nicht verfügbar.
Die besorgniserregenden Schadstoffe sind chlorierte flüchtige organische Verbindungen (CVOCs), hauptsächlich Trichlorethylen (TCE) und 1,4-Dichlorbenzol (DCB). Nach 4 ½ Jahren Grundwasserpumpen und -behandlung und drei Injektionsrunden mit Substraten für eine verbesserte reduktive Dechlorierung (ERD) wurde die Grundwasserfahne von 20 auf 1.5 Hektar reduziert, was einer Flächenreduzierung von mehr als 90 % entspricht. Die hochauflösende Standortcharakterisierung (HRSC) unter Verwendung von Membrangrenzflächensonden und passiven Flussmessern identifizierte eine Toneinheit mit geringer Permeabilität, die sich etwa 30 Fuß unter der Erdoberfläche (ft bgs) befand, als anhaltende Quelle für Kontamination und Rückprall. Die Ergebnisse des HRSC zeigten eine begrenzte Restmasse der Quelle, die auf 300 Pfund geschätzt wird. Ziel der ERH-Sanierung war es, die TCE- und DCB-Grundwasserkonzentrationen auf maximal 5 Mikrogramm pro Liter (µg/l) bzw. 75 µg/l zu senken.
Während der ERH wird ein elektrischer Strom durch den Boden und das Grundwasser geleitet, was zur Entfernung von TCE und DCB führt. Wenn dem Behandlungsvolumen elektrische Energie zugeführt wird, erzeugt der natürliche Widerstand des Bodens gegen den elektrischen Stromfluss Wärme, die die CVOCs in flüssiger und sorbierter Phase in die Dampfphase umwandelt. Außerdem erreicht die Temperatur des Bodens und des Grundwassers schließlich den Siedepunkt von Wasser, wodurch das Grundwasser und die Bodenfeuchtigkeit in Dampf umgewandelt werden, der als Trägergas für die verflüchtigten Schadstoffe dient. Das Dampfrückgewinnungssystem (VR) sammelt den Dampf und die Zielverunreinigungen in der Vadose-Zone für die anschließende Behandlung durch die höherwertige Dampfbehandlungsausrüstung.
Das 49,000 Kubikmeter große ERH-Behandlungsvolumen befand sich unter einer öffentlichen Straße, einer Wasser- und Abwasserleitung, privaten und staatlichen Grundstücken und zwei aktiven Eisenbahnschienen von CSX Transportation, Inc. (CSX). Diese Standortmerkmale haben das Design und die Konstruktion des ERH-Systems erheblich komplizierter gemacht. Folglich umfasste die Umsetzung der Abhilfemaßnahme die Koordinierung mit vielen Interessengruppen, einschließlich der folgenden:
- USAF
- CSX
- Umweltschutzbehörde der Vereinigten Staaten, Region 3
- Umweltministerium von Maryland
- Gesundheitsministerium von Prinz George
- Prince Georges County Department of Permitting, Inspection and Enforcement
- Washingtoner Kanalisationskommission
- Private Grundeigentümer
Um ERH auf das gesamte Behandlungsvolumen anwenden zu können, war die Installation von ERH-Elektroden zwischen zwei aktiven CSX-Bahngleisen und innerhalb der CSX-Wege unabdingbar. Während der Systeminstallation waren die CSX-Aufsicht und die Bahnüberwachung vor Ort obligatorisch, um Unterbrechungen des Bahnverkehrs zu vermeiden und die Sicherheit der Baustellenmitarbeiter zu gewährleisten. Da die Bahngleise aktiv sind, war die Verlegung von ERH-Elektrodenstromkabeln und VR-Förderrohren auf oder in der Nähe der Gleise keine Option. Aus diesem Grund wurden Kabel und Transportrohre unter den Bahngleisen verlegt, um den Bahnverkehr oder die Unversehrtheit der Gleise nicht zu stören. Vier 6-Zoll-Stahlrohre wurden unter den CSX-Eisenbahngleisen installiert und als Leitungen verwendet, um die notwendigen Verbindungen zwischen dem primären Versorgungsnetz und den ERH-Ausrüstungsverbindungen und Teilen des ERH-Behandlungsbereichs zwischen den Gleisen herzustellen.
Aufgrund der Lage der CSX-Eisenbahngleise hat TRS zwei ERH-Gerätekomplexe mit zwei unterschiedlichen Behandlungsbereichen östlich und westlich der Gleise entworfen.
Darüber hinaus integrierte TRS eine Echtzeit-Höhenüberwachung der beiden aktiven Bahngleise während des Baus und Betriebs des ERH-Systems. TRS verwendete ein automatisches motorisiertes Totalstationssystem (AMTS), das mit einem Laser die Bewegung von über hundert Spiegelvermessungsprismen misst, die an der Stahlschiene der Gleise montiert sind. Vor dem Betrieb arbeiteten TRS und HGL mit dem Hauptakteur CSX zusammen und identifizierten verschiedene Reaktionsstufen der Gleisverformung und die damit verbundenen Maßnahmen. Die erste Aktion, Benachrichtigung und Inspektion war erforderlich, nachdem eine Spurhöhenänderung von 0.75 Zoll erreicht wurde. Die letzte und extremste potenzielle Aktion bestand darin, das ERH-System herunterzufahren, wenn eine Höhenänderung von 1.5 Zoll festgestellt wurde. Dieses Ansprechniveau enthielt einen Sicherheitsfaktor von 0.5 Zoll gemäß den Federal Track Safety Standards, 49 CFR Part 213.
Der unterirdische Bau des ERH-Systems begann im Juli 2018. Das ERH-System umfasste 43 vertikal gebohrte ERH-Elektrodenpaare und 58 Spundwandelektroden über den Behandlungsbereich. Vertikal gebohrte Elektroden wurden in Bereichen verwendet, in denen die Freigabe von Interessenvertretern oder Versorgern die Installation von Spundwänden nicht zuließ. In diesen Bereichen wurde eine Spundwandelektrode durch ein vertikal gebohrtes Elektrodenpaar ersetzt. Darüber hinaus wurde über dem ERH-Behandlungsbereich ein Plenum zur Dampfrückgewinnung (VR) installiert. Siebzehn (17) Temperaturüberwachungspunkte (TMPs) und acht Konformitäts-Grundwasserüberwachungsbrunnen wurden installiert, um die ERH-Leistung zu überwachen.
Der Betrieb der ERH-Anlage begann am 9. April 2019. Die Anlage war 214 Tage in Betrieb und brachte 7,435,773 Kilowattstunden (kWh) Energie in das Behandlungsvolumen ein. Das VR- und Behandlungssystem war 214 Tage in Betrieb und entfernte ungefähr 1,716 Pfund flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs). Im Durchschnitt stiegen die Temperaturen unter der Oberfläche innerhalb des Behandlungsvolumens mit einer Rate von ungefähr 1.4 Grad Celsius (°C) pro Tag, wenn die Temperatur von Umgebungs- auf Siedetemperatur stieg.
Während des Betriebs stellte TRS wöchentliche Überwachungsupdates für CSX bereit. Höhenänderungen des Tracks, die kontinuierlich vom AMTS-System aufgezeichnet wurden, lagen unter den niedrigsten von CSX genehmigten Ansprechgrenzen.
Während des Betriebs des ERH-Systems sammelte HGL Grundwasserproben von neun Grundwassermessstellen im ERH-Behandlungsgebiet. Die erste Runde von Bestätigungsgrundwasserproben wurde am 4. Juni 2019 gesammelt. Die letzte Runde fand am 5. November 2019 statt. Aufgrund der engen Tonformationen innerhalb des ERH-Aufbereitungsvolumens wurde die Grundwasseranreicherung an mehreren der Grundwassermessstellen langsam bis fast nicht vorhanden während der elektrischen Energiezufuhr. Während der 214 Tage des ERH-Systembetriebs wurde die Stromzufuhr für insgesamt 31 Tage unterbrochen, um eine Grundwasseranreicherung in das ERH-Behandlungsvolumen zu ermöglichen.
Um der Grundwasserneubildung Rechnung zu tragen, wurde die Stromzufuhr zum Behandlungsvolumen am 31. Oktober 2019 eingestellt. Die Ergebnisse der Bestätigungsveranstaltung zur Grundwasserprobenahme vom 5. November 2020 ergaben, dass die aus allen Grundwassermessstellen entnommenen Grundwasserproben die Behandlungsziele von 5 µg/l TCE und . erreichten 75 µg/l DCB, ausgenommen Grundwassermessbrunnen DP61 mit 5.68 µg/l TCE. Die Demobilisierungsaktivitäten des ERH-Systems begannen kurz darauf und wurden am 31. Dezember 2019 abgeschlossen. Am 31. Dezember 2019 überprüften die USAF und der private Grundstückseigentümer die Standortbedingungen und kamen überein, dass TRS und HGL die Wiederherstellungsaktivitäten zufriedenstellend abgeschlossen hatten. Darüber hinaus traf sich TRS am 6. Januar 2020 mit CSX zu einer Endkontrolle.
