17
Field Trial Implementation Proposal Brickhaven Structural Fill Facility Leachate Aerosolization System Evaluation Moncure, North Carolina Rev.: 0 Date: March 3, 2017 Copyright 2017 Service Above All

Field Trial Implementation Proposal

  • Upload
    others

  • View
    6

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Field Trial Implementation Proposal

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Field Trial Implementation Proposal 

Brickhaven Structural Fill Facility  

Leachate Aerosolization System Evaluation 

Moncure, North Carolina 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rev.:  0 

Date: March 3, 2017 Copyright 2017 

Service Above All

Page 2: Field Trial Implementation Proposal

Brickhaven Structural Fill Facility Leachate Aerosolization System Evaluation

   

1 (Copyright 2017) 

 

Service Above All 

 

Table of Contents Introduction ......................................................................................................................................... 2 

Problem Statement ................................................................................................................................... 2 

Proposed Solution ..................................................................................................................................... 2 

Field Trial Proposal .................................................................................................................................... 2 

Field Trial Rationale ............................................................................................................................. 3 

Description of Aerosolization Science................................................................................................... 3 

General Assumptions ............................................................................................................................ 3 

Description of Proposed Aerosolization Equipment ............................................................................. 4 

Field Trial Objectives ............................................................................................................................ 4 

Evaluation Criteria ..................................................................................................................................... 4 

Success Criteria ......................................................................................................................................... 4 

Field Trial Implementation Plan ........................................................................................................... 5 

Field Trial Design ....................................................................................................................................... 5 

Proposed Aerosolization Equipment Setup .......................................................................................... 5 

Field Trial Environmental and Engineering Controls ................................................................................ 5 

Data Collection Means and Methods ....................................................................................................... 5 

Field Collected Data .............................................................................................................................. 5 

Laboratory Derived Data ....................................................................................................................... 6 

Field Trial Management and Data Evaluation ....................................................................................... 7 

Proposed Schedule ................................................................................................................................... 7 

Final Report ............................................................................................................................................... 7 

 

Attachments 

 

 

 

 

 

 

Page 3: Field Trial Implementation Proposal

Brickhaven Structural Fill Facility Leachate Aerosolization System Evaluation

   

2 (Copyright 2017) 

 

Service Above All 

 

Introduction 

Problem Statement Charah,  LLC  (Charah)  is  the  operator  of  the  Brickhaven  structural  fill  facility  (Brickhaven)  located  in 

Moncure,  North  Carolina.  Charah's  Brickhaven  facility  has  historically  generated  between  600,000  ‐ 

3,000,000 gallons of leachate per month on average since October 2015.  Leachate is generated from (1) 

residual, free draining water present in the CCP material upon excavation, (2) operational waters applied 

for dust suppression during general site operations and  (3) precipitation  that contacts  the placed CCP 

material in the structural fill cells.  Leachate generation has been documented to be highly variable based 

on several factors including, but not limited to precipitation volume, precipitation frequency and surface 

area of the active structural fill working face. All leachate generated at the Brickhaven facility is required 

by regulation and site specific permitting to be collected, contained and transported to one of several 

disposal facilities permitted to accept industrial waste for final treatment and disposal.   

Leachate is generated on a continuous basis at the Brickhaven facility and requires significant resources 

to manage and dispose of to achieve regulatory compliance. This proposal outlines an alternative method 

providing on‐site disposal.  Charah has evaluated the resource requirements for several other means of 

leachate disposal including, but not limited to, treatment via an on‐site wastewater pre‐treatment system, 

on‐site  treatment  and  disposal  by  an  on‐site  wastewater  treatment  system  and  solar/direct  heat 

continued to seek out innovative technologies to meet the needs of the Brickhaven facility for leachate 

treatment and disposal. 

Proposed Solution An aerosolization system would allow for on‐site disposal of a significant portion of leachate generated at 

the Brickhaven  facility.   This approach would offer  the opportunity  to  reduce  the volume of  leachate 

transported off‐site for treatment and discharge thereby reducing the number of trucks on the road and 

freeing up capacity at municipal WWTP’s for business development opportunities.  This reduction would 

then  theoretically  increase operational efficiency and allow  for  the  reallocation of  financial  resources 

dedicated to leachate management to other project needs.  

Field Trial Proposal Charah proposes to conduct a field trial of a leachate aerosolization system at the Brickhaven facility to 

assess the suitability and efficiency of this method of on‐site leachate disposal.  This proposal is submitted 

for  review  by  the North  Carolina  Department  of  Environmental Quality  (NC‐DEQ)  Division  of Waste 

Management (DWM), Solid Waste Section (SWS) for review and approval.  Charah proposes to operate 

the field trial for a maximum of ninety (90) days as allowed by current regulations concerning innovative 

technologies.  

 

 

Page 4: Field Trial Implementation Proposal

Brickhaven Structural Fill Facility Leachate Aerosolization System Evaluation

   

3 (Copyright 2017) 

 

Service Above All 

Field Trial Rationale To  properly  evaluate  the  capabilities  of  an  Integrated Mobile  Aerosolization  System  (IMAS)  at  the 

Brickhaven site approval by NC‐DEQ for a testing period of ninety (90) days is being requested. During the 

field  trial,  the  effectiveness  of  the  system will  be  evaluated  for  operational  effectiveness,  leachate 

reduction and overall efficiencies.  Upon the completion of the field trial, Charah will evaluate results and 

determine next steps regarding pursuit of operational permitting. 

Description of Aerosolization Science 

Aerosolization is the process of taking a solid or liquid and creating an aerosol, a system of colloidal (or 

extremely  small – on  the order of 50  to 2,000 micron) particles dispersed  in/as a gas,  smoke, or  fog. 

Aerosolization of leachate involves the atomization of leachate into very small particles using dedicated 

pumps and an aerosolization machine to create an aerosol in ambient air. The generated leachate aerosol 

is introduced into the ambient air using strong fans that direct the leachate aerosol into a controlled area 

above  the ground surface. Aerosolized  leachate  is subjected  to atmospheric conditions and gravity  to 

separate water from dissolved contaminants as a treatment methodology.  As aerosolized water converts 

to the gas phase as vapor in the ambient air, dissolved contaminants are not able to move to the vapor 

phase and  fall back  to  the ground  surface by gravity as a  condensate. Based on vendor  information, 

approximately 45% disposal efficiency can be achieved in proper atmospheric conditions when available.  

General Assumptions 

The following general assumptions are followed in the development of the field trial proposal: 

(1) Leachate from the Brickhaven structural fill does not contain several constituents of concern present in MSW  leachate. VOCs,  landfill gasses, and SVOCs common  to MSW  leachate can be  released during aerosolization due to volatilization. These constituents are not valid for CCP generated leachate. Leachate generated  at  the  Brickhaven  project  has  trace  amounts  of  heavy  metals.  Heavy  metals  would  be separated, in theory, from the water portion of leachate during the aerosolization process and returned by gravity to the lined structural fill area.   (2) The  implementation of an aerosolization system will reduce but not eliminate the need for off‐site transportation and disposal of  leachate. The ability of an aerosolization system  to operate properly  is completely dependent on favorable climatic conditions. An aerosolization system should not be operated during cold conditions due to the risk of system failure caused by the propensity of the leachate to freeze.     (3) The operating  location of  the aerosolization system must be  lined  to comply with solid waste and associated regulations. Additionally, all requirements for compliance and property boundaries must be adhered to. Leachate aerosol must be sufficiently controlled to ensure there is no migration off‐site.  

(4) The effectiveness of aerosolization is highly dependent on the following atmospheric conditions: 

Relative Humidity 

Wind Speed 

Wind Direction 

Ambient Temperature 

Solar Radiation 

Page 5: Field Trial Implementation Proposal

Brickhaven Structural Fill Facility Leachate Aerosolization System Evaluation

   

4 (Copyright 2017) 

 

Service Above All 

Description of Proposed Aerosolization Equipment 

An Integrated Mobile Aerosolization System (IMAS) similar to that proposed for use by Republic Services 

will be utilized for the field trial.  A description of the main components are as follows: 

Leachate pump and possible temporary storage tank to connect to existing leachate collection 

and conveyance system and provide leachate to the proposed aerosolization area 

One or more booster pumps to increase pressure and forces needed to push the leachate 

through the aerosolization nozzles 

Aerosolization nozzle headworks to aerosolize the leachate 

High Powered fan to direct the aerosol into the atmosphere 

Lined aerosolization “alley” approximately 100’ long x 300’ wide 

Perimeter berms and netting to control mist migration and residual condensate 

A proposed system schematic is provided as Attachment A. 

Field Trial Objectives 

Evaluation Criteria The following criteria will be evaluated during the field trial: 

(1) Reliability of IMAS System 

  (a) Maintenance required to operate an IMAS system on a continual basis 

  (b) Operational efficiency (fuel consumption) per volume of leachate disposed 

(2) Efficiency of IMAS System 

(a) Volume of leachate disposed of during aerosolization versus volume of leachate returned as 

condensate 

(b) Impact of atmospheric conditions on aerosolization efficiency 

 

(c) Evaluation of perimeter controls to ensure no migration of aerosol occurs during varying 

atmospheric conditions 

Success Criteria The field trial will be considered a success based on the following outcomes: 

(1) An IMAS system can operate over a 90‐day period with no more than one non‐scheduled 

maintenance period lasting no more than four hours 

(2) Fuel consumption of power sources and/or integrated power units provide for the disposal 

of a minimum of 200 gallons of leachate per gallon of fuel consumed. 

(3) On average, a minimum of 40% of leachate is disposed of per day over the course of the 90‐

day field trial 

Page 6: Field Trial Implementation Proposal

Brickhaven Structural Fill Facility Leachate Aerosolization System Evaluation

   

5 (Copyright 2017) 

 

Service Above All 

(4) Perimeter controls contain all leachate aerosol and return condensate within the field trial 

area 

Field Trial Implementation Plan 

Field Trial Design 

Proposed Aerosolization Equipment Setup 

An IMAS system as described in this proposal will be provided by a third‐party vendor for use during the 

proposed field trial.  A conceptual schematic is provided as Attachment A. The proposed aerosolization 

trial will be positioned to provide adequate separation from all compliance and property boundaries in 

accordance with the current permits and regulations governing the Brickhaven structural fill project. 

A  leachate aerosolization “alleyway”  is proposed  to be constructed on  top of structural  fill Cell 1  that currently  has  a minimum  12‐inch  interim  soil  cover  applied  over  the  entire  cell.  The  aerosolization alleyway will be constructed with approximate dimensions of 100 feet in width by 300 feet length with a sloping gradient back towards the aerosolization unit. The alleyway will have an HDPE liner to collect any residual condensate that does not evaporate into the atmosphere. Diversion swales and/or ditches are to be installed along the down gradient side of the alleyway to divert all condensate to a temporary return line  to  an existing  leachate  cleanout point  to  return  leachate  into  the  leachate  collection  system  for recycling. The proposed location of the aerosolization alleyway is provided as Attachment B. 

Field Trial Environmental and Engineering Controls A perimeter soil berm approximately 4 feet high will be constructed around the perimeter of the alleyway to contain any residual aerosol that condenses and falls back to the ground surface. Mesh fencing will also be  installed  in  the  top  of  the  perimeter  berm  to  contain  evaporate  from  drifting  due  to  changes  in environmental conditions (wind direction and speed; relative humidity). Mesh fencing will also be placed in  areas  in  close  proximity  to  sensitive  areas  such  as  compliance  and  property  boundaries  near  the aerosolization system. Details on the proposed perimeter controls are provided as Attachment C. 

Data Collection Means and Methods During the proposed field trial, both field and laboratory data will be collected. Field data will be collected 

by either automated field sampling equipment or by qualified vendor or Charah personnel. Laboratory 

sampling and analysis will be provided by a NC certified laboratory for the appropriate media tested (air, 

water, or soil). All data will be compiled and analyzed to determine if the field trial evaluation and success 

criteria are met during the field trial period. 

Field Collected Data 

The following field data and frequencies of data collection will be collected during the proposed field 

trial: 

 

 

 

Page 7: Field Trial Implementation Proposal

Brickhaven Structural Fill Facility Leachate Aerosolization System Evaluation

   

6 (Copyright 2017) 

 

Service Above All 

Field Parameter  Method  Frequency  Collection Agent 

Ambient Temperature  Automated Instrumentation on IMAS; On‐site weather station; KTTA weather station data 

Minimum – Hourly Optimum ‐ Minute 

IMAS Equipment or Vendor; Verification by Charah 

Relative Humidity  Automated Instrumentation on IMAS; On‐site weather station; KTTA weather station data 

Minimum – Daily Optimum ‐ Hourly 

IMAS Equipment or Vendor; Verification by Charah 

Wind Speed  Automated Instrumentation on IMAS; On‐site weather station; KTTA weather station data 

Minimum – Daily Optimum ‐ Hourly 

IMAS Equipment or Vendor; Verification by Charah 

Wind Direction  Automated Instrumentation on IMAS; On‐site weather station; KTTA weather station data 

Minimum – Daily Optimum ‐ Hourly 

IMAS Equipment or Vendor; Verification by Charah 

Solar Radiation  Astronomical data collected from Moncure, NC site via weatherunderground.com website 

Daily  Charah 

Barometric Pressure  Access Weather Station Data at site and/or KTTA weather station via Internet 

Hourly  Charah 

 

Laboratory Derived Data 

The following laboratory data and frequencies of data collection will be collected during the proposed 

field trial: 

Field Parameter  Method  Frequency  Sampling Location  Collection Agent 

Airborne Metals 

EPA 6010C m, Total metals on high‐volume Filter; collected at a flow rate required by sampling equipment 

Minimum:   Two (2) representative tests a minimum of one week apart pre‐field trial;  One (1) test per 7 days of operation during field trial;  Two (2) tests at one week intervals after field trial  

Sample Points as shown on Figure X.  Samples to be collected at 50‐foot setback, 200’ setback, and compliance/property boundary at a minimum 

3rd Party testing firm qualified to conduct ambient air sampling; samples to be submitted to a NC certified laboratory qualified and experienced in the specified testing methods 

 

Page 8: Field Trial Implementation Proposal

Brickhaven Structural Fill Facility Leachate Aerosolization System Evaluation

   

7 (Copyright 2017) 

 

Service Above All 

Proposed  sampling  locations  are  provided  in  a  suggested  sampling map  as  Attachment  D.  Sampling 

locations can be amended based on the review and response of NC‐DEQ and the third‐party testing service 

provider. 

Field Trial Management and Data Evaluation 

Proposed Schedule The proposed field trial would be scheduled during ideal operating conditions during the months of May, 

June, July, and or August of 2017 once approved by NC‐DEQ for implementation.  The field trial will run 

for the maximum ninety (90) day period for a field trial or as directed by NC‐DEQ. 

Final Report All data collected during the field trial will be compiled, reviewed, and presented by Charah to NC‐DEQ in 

a  final report within ninety  (90) days of receiving all  field and  laboratory data  from  laboratory service 

providers.  The  final  report  will  contain  all  field  and  laboratory  data  as  well  as  findings  and 

recommendations.    If  warranted,  Charah  will  provide  a  request  for  a  permit  for  a  permanent 

aerosolization system after the issuance of the final report and review by NC‐DEQ. 

 

 

 

 

 

 

 

   

Page 9: Field Trial Implementation Proposal

Brickhaven Structural Fill Facility Leachate Aerosolization System Evaluation

   

8 (Copyright 2017) 

 

Service Above All 

Attachments  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Page 10: Field Trial Implementation Proposal

Brickhaven Structural Fill Facility Leachate Aerosolization System Evaluation

___________________________________________________________________________________

Attachment A

Page 11: Field Trial Implementation Proposal

5

0

' B

U

F

F

E

R

1

0

0

' B

U

F

F

E

R

2

0

0

' B

U

F

F

E

R

PROPERTY LINE

PROJECT BOUNDARY

COMPLIANCE BOUNDARY

4' HIGH BERMS

ALONG ALLEYWAY

PERIMETER

20' HIGH MESH

FENCING TO BE

INSTALLED

AROUND

ALLEYWAY

PERIMETER ON

TOP OF

PERIMETER BERMS

GENERAL NOTES:

(1) FINAL COVER GRADES SHOWN. SYSTEM MAY BE PLACED ON TOP OF INTERIM SOIL COVER. IT IS ASSUMED

THAT INTERIM COVER GRADES WOULD REFLECT FINAL SURFACE GRADES AT A LOWER ELEVATION

(2) AEROSOL ALLEYWAY TO BE VEGETATED. FINAL COVER OR INTERIM SOIL COVER MUST BE AMENDED TO

PROMOTE VEGETATIVE GROWTH PRIOR TO SYSTEM OPERATION.

(3) CONTINGENT FENCING LAYOUT MAY BE RECONSIDERED BASED ON PREDOMINANT WIND DIRECTION.

A

L

L

E

Y

S

L

O

P

E

D

IR

E

C

T

IO

N

LEACHATE

AEROSOLIZATION

ALLEYWAY. 100' WIDE X

300' LONG

LEACHATE IMAS

AEROSOLIZATION UNITS.

TO BE PROVIDED BY OTHERS

LEACHATE SUPPLY LINE.

FROM LEACHATE TANKS OR

INTERMEDIATE CONNECTION IN

LEACHATE COLLECTION

SYSTEM. SHOWN WITH

POSSIBLE INTERIM LEACHATE

STORAGE TANK - TO BE

DETERMINED BY VENDOR IF

REQUIRED.

CELL 1 BOUNDARY

0 50 100 200

A

E

R

O

S

O

L

IZ

A

T

IO

N

B

R

O

A

D

C

A

S

T

D

IR

E

C

T

IO

N

BRICKHAVEN LEACHATE AEROSOLIZATION FIELD TRIAL PROPOSAL MONCURE, NORTH CAROLINA

LEACHATE AEROSOLIZATION SYSTEM CONSTRUCTION LAYOUT

CONDENSATE RETURN

LINE TO LEACHATE

CLEANOUT FOR CELL 1.

FLOW METER TO BE

INSTALLED TO MEASURE

RETURN FLOW RATE

AND VOLUME IN LINE

FLOW METER TO MEASURE AND

RECORD LEACHATE FLOW RATE

TO IMAS AEROSOLIZATION UNIT

Page 12: Field Trial Implementation Proposal

Brickhaven Structural Fill Facility Leachate Aerosolization System Evaluation

___________________________________________________________________________________

Attachment B

Page 13: Field Trial Implementation Proposal

BRICKHAVEN LEACHATE AEROSOLIZATION FIELD TRIAL PROPOSAL MONCURE, NORTH CAROLINA

LEACHATE AEROSOLIZATION SYSTEM OVERVIEW

PROPERTY LINE

PROJECT BOUNDARY

COMPLIANCE

BOUNDARY

LEACHATE

AEROSOLIZATION

ALLEYWAY.

100' WIDE X 300' LONG

LEACHATE

STORAGE AREA

CELL 1 LIMITS

GENERAL NOTES:

(1)LEACHATE AEROSOLIZATION ALLEYWAY TO BE INSTALLED OVER TOP EXISTING LINED STRUCTURAL FILL CELL.

THE DESIGN IS SHOWN FOR CELL 1. CELL 1 HAS AN INTERIM SOIL COVER LAYER OF A MINIMUM OF 12 INCHES.

0 300 600 1200

Page 14: Field Trial Implementation Proposal

Brickhaven Structural Fill Facility Leachate Aerosolization System Evaluation

___________________________________________________________________________________

Attachment C

Page 15: Field Trial Implementation Proposal

GENERAL NOTES:

(1) FINAL COVER GRADES SHOWN. SYSTEM MAY BE PLACED ON TOP OF INTERIM SOIL COVER. IT IS ASSUMED

THAT INTERIM COVER GRADES WOULD REFLECT FINAL SURFACE GRADES AT A LOWER ELEVATION

(2) AEROSOL ALLEYWAY TO BE VEGETATED. FINAL COVER OR INTERIM SOIL COVER MUST BE AMENDED TO

PROMOTE VEGETATIVE GROWTH PRIOR TO SYSTEM OPERATION.

(3) CONTINGENT FENCING LAYOUT MAY BE RECONSIDERED BASED ON PREDOMINANT WIND DIRECTION.

CELL 1 BOUNDARY

FIG 4: LEACHATE AEROSOLIZATION SYSTEM VENDOR SCHEMATIC

BRICKHAVEN LEACHATE AEROSOLIZATION FIELD TRIAL PROPOSAL

MONCURE, NORTH CAROLINA

12"-18" INTERIM SOIL COVER

CELL 1 CCP FILL

Page 16: Field Trial Implementation Proposal

Brickhaven Structural Fill Facility Leachate Aerosolization System Evaluation

___________________________________________________________________________________

Attachment D

Page 17: Field Trial Implementation Proposal

5

0

' B

U

F

F

E

R

1

0

0

' B

U

F

F

E

R

2

0

0

' B

U

F

F

E

R

S

U

R

F

A

C

E

S

L

O

P

E

D

IR

E

C

T

IO

N

LINED SUMP FOR RESIDUAL

AEROSOL CONDENSATE

COLLECTION. DISCHARGE TO

STRUCTURAL FILL LEACHATE

COLLECTION SYSTEM BY

GRAVITY OR SURFACE PUMP

(IF REQUIRED)

PROPERTY LINE

PROJECT BOUNDARY

COMPLIANCE BOUNDARY

EXCESS CONDENSATE

DIVERSION BERMS

GENERAL NOTES:

(1) FINAL COVER GRADES SHOWN. SYSTEM MAY BE PLACED ON TOP OF INTERIM SOIL COVER. IT IS ASSUMED

THAT INTERIM COVER GRADES WOULD REFLECT FINAL SURFACE GRADES AT A LOWER ELEVATION

(2) PERIMETER BUFFERS SHOWN TO REFLECT SYSTEM PLACEMENT IN RELATION TO OVERALL SITE GEOMETRY.

(3) PROPOSED AIR SAMPLING POINTS SHOWN AS SP-X. SAMPLES TO BE COLLECTED AT ELEVATION OF

AEROSOLIZATION OR AS RECOMMENDED BY NCDEQ AND/OR AIR SAMPLING FIRM.

LEACHATE

AEROSOLIZATION

ALLEYWAY. 100' WIDE X

300' LONG

CELL 1 BOUNDARY

0 100 200 400

IMAS AEROSOLIZATION UNIT

FIG 2: LEACHATE AEROSOLIZATION SYSTEM LAYOUT

BRICKHAVEN LEACHATE AEROSOLIZATION FIELD TRIAL PROPOSAL

MONCURE, NORTH CAROLINA

SP-1

SP-2

SP-4

SP-3

SP-5

SP-6

SP-7

SP-9

SP-8

SP-10