A műszaki beavatkozás során alkalmazható bioremediációs/ biodegradációs technológiák környezetbiztonsági szempontú bemutatása A földtani közeg és a felszín alatti víz kármentesítési célállapot határértékre való megtisztítása során jelenleg ismert és igénybe vehető technológiák legteljesebb, folyamatosan frissített felsorolását, értelmezését, alkalmazási referenciáik esettanulmányait az USA Környezetvédelmi Hivatalának (USA EPA = Environmental Protection Agency) honlapján (www.gov.gov) vagy közvetlenül az Federal Remediation Technologies Roundtable = FRTR honlapján (www.frtr.gov) találjuk meg. Ezt a technológia alkalmazási mátrixot az USA különböző szövetségi kormányzati hivatalainak (Honvédelmi Minisztérium, Energiaügyi Minisztérium, Belügyminisztérium, Űrhajózási Hivatal – NASA, Környezetvédelmi Hivatal – USA EPA) kerekasztalszerű (roundtable) együttműködésével alakították ki. A technológiák ismertetésénél az FRTR rendszeréhez képest bizonyos összevonásokat alkalmaztunk és bővebb környezetbiztonsági szempontú megjegyzéseket fűztünk az egyes technológiákhoz. Itt kell megjegyeznünk, hogy az FRTR rendszerben és az általunk bemutatott technológiákat az egyes kárhelyeken nem önmagukban hanem ún. technológiai láncokban (egyidőben, egymást kiegészítve vagy egymást követően) szokták felhasználni. A technológiák konkrét kárhelyen való alkalmazásánál, ill. a technológiák minősítésénél figyelembe veendő főbb szempontok: a folyamatok technikai jellemzői a kezelhető szennyezőanyagok típusa, a kockázatos anyag minősége és mennyisége (koncentrációja) a környezeti elem a kármentesítendő hely (földrajzi elhelyezkedés, felszíni, felszín alatti vizek elhelyezkedése, földtani, vízföldtani környezet, stb.) környezetegészségügyi szempontok, ökológiai hatások BAT (best available technics), BPEO (best practical environmental options), BATNEEC (best available technique not exceeding excessive cost) elvek figyelembevétele a technológia hatására átkerül, átkerülhet-e más környezeti elembe a szennyezés a technológia alkalmazása következtében a szennyezőanyag átalakul(hat)-e más, veszélyesebb anyaggá a technológia során adalék és/vagy segédanyag (pl. mikroszervezet, enzim, detergens, emulgeáló szer, műtrágya stb.) kerül-e felhasználásra az alkalmazható adalék- és/vagy segédanyagok köre, szempontjai emissziónál a kibocsátás megfelel-e a jogszabályban meghatározott előírásoknak, határértékeknek, nemzetközi vállalások miatti kritériumoknak az alkalmazás módja helyszíni, nem helyszíni (on-site, off-site; in-situ, ex-situ módszerek), mobil egység alkalmazása; in-situ módszer preferálása kockázat elkerülés, kockázatcsökkentés módjai felhasznált adalék- és segédanyagok és további sorsuk a keletkező hulladékok típusa, újrahasznosíthatósága, ártalmatlaníthatósága monitoring-szükséglet megítélése A leggyakrabban használt kármentesítési (műszaki beavatkozási) technológiák alkalmazhatósági mátrixát a következő szövegközi táblázatban mutatjuk be.
1. A FÖLDTANI KÖZEG ÉS A FELSZÍN ALATTI VÍZ KÁRMENTESÍTÉSE…——————————————————————————
MELLÉK-TERMÉK, HULLADÉK
GÁZ, GŐZ
FOLYÉKONY
SZILÁRD
1.BIODEGRADÁCIÓSELJÁRÁSOK A szerves szennyező anyagok, mikroszervezetek által végzett, lebontási, illetve átalakítási folyamat, melynek során, különböző oxidáltsági fokú vegyületeken (közti termékeken) keresztül, döntő hányadban széndioxid és víz, anaerob körülmények között metán keletkezik. 1.1. Ellenőrzött spontán (természetes) biodegradáció
A kárhelyen a talajban, illetve a talajvízben élő mikroszervezetek által végzett természetes szennyezőanyag lebontás, átalakítás, kémiai analitikai, biológiai (mikrobiológiai) monitoringja, nyomon követése. 1.2. Stimulált (irányított) Emberi beavatkozással felgyorsított aerob biodegradáció biodegradáció, ami a szennyezés lebontásának intenzív feltételeit teremti meg általában az oxigén-, tápanyag- és nedvesség pótlásával, kiegészítésével. 1.2.1. Levegő (oxigén) Az oxigén ellátás javítása érdekében közléses eljárások perforált csöveken keresztül levegő, - bioventilláció (talaj, in situ) vagy levegővel (oxigénnel) dúsított - intenzifikált bioremediáció víz bejuttatása a talaj mélyebb (talaj, in situ, ex situ) rétegeibe, a talajvíz-táblába, vagy a - intenzifikált bioremediáció bioágyon (prizmában) felhalmozott (talajvíz, in situ) talajba. A csöveken keresztül tápanyag (N, P, K), illetve nedvességpótlás is alkalmazható.
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
+
-
+
+
-
-
+
1.2.2. Talajlazításos eljárások - talajműveléses kezelés (talaj,in situ) - bioágyas kezelés (talaj, ex situ) - komposztálás (talaj, ex situ) - agrotechnikai kezelés (talaj, ex situ)
+
+
+
-
+
-
-
-
-
-
-
+
+
-
-
+
Mind az in situ, mind az ex situ eljárásoknál a talaj lazításával (szántás, tárcsázás, mélylazítás, forgatás, átrakás, stb.) biztosítják a biológiai bontáshoz szükséges oxigénellátást, melynek során általában adalékanyagokat is kevernek a közegbe (leggyakrabban vizet, szervetlen tápanyagokat, kiegészítő anyagokat). Az ex situ technológiák során az adalékolás kiegészülhet térfogatnövelő (szerkezetjavító) szerves anyagokkal, melyek segítségével a biodegradáció számára serkentő C:N arány és porozitás állítható be.
+
-
-
+
-
-
-
-
+
MEGJEGYZÉS (A TECHNOLÓGIÁK ALKALMAZHATÓSÁGI KORLÁTAI, ALKALMAZHATÓSÁGUK KÖRNYEZETI KOCKÁZATAI)
FÖLDTANI KÖZEG EX SITU
IN SITU
EX SITU
IN SITU
SZERVETLENEK
DIOXINOK/FURÁNOK
PESZTICIDEK
HSVOC
TPH C11-C40
NHSVOC
HVOC
FELSZÍN ALATTI VÍZ
ALKALMAZÁSI KÖZEG, MÓD
TECHNOLÓGIA ALKALMAZHATÓSÁGA 1 ANYAGCSOPORTONKÉNT
TPH C5-C11
ÉRTELEMZÉS
NHVOC
KÁRMENTESÍTÉSI TECHNOLÓGIA
-
+
-
-
-
-
Figyelembe kell venni: - alacsony hőmérsékleten a bontás csökken, vagy megáll - a mikroszervezetek szennyezés-tűrő képességét (a szennyező anyagok bizonyos koncentráció felett gátolhatják a mikroszervezetek szaporodását, vagy elpusztíthatják őket) - a biodegradációs módszerek alkalmazása előtt a szabad fázisban lévő szennyező anyagokat el kell távolítani - a mikroszervezetek szennyezőanyag-bontási képességét (kevert szennyezés esetén képesek-e valamennyi szennyezőanyagot lebontani) - a patogén, vagy fakultatív patogén mikroszervezetek helyben, vagy tartályokban történő felszaporítása jelentős egészségügyi kockázattal járhat. A kárhelyen élő mikroszervezetek esetlegesen korlátozott képességei [magas szennyezőanyag koncentráció, kevert szennyezés, hiányos (szénhidrogén) bontási spektrum, a közeg kimeríthető elektronakceptor (pl. O2, CO2, 23+ SO 4, NO 3, Fe ) és tápanyag (pl. N, P, K) szolgáltató képessége] és a folyamat elhúzódása miatt sok esetben csak részleges hatású, illetve eredménytelen. A beavatkozások kémiai és mikrobiológiai monitoringját folyamatosan el kell végezni, kiterjesztve a vizsgálatokat a kárhelyen élő, illetve felszaporodó patogén, fakultatív patogén mikroszervezetekre is.
Az illékony kockázatos anyagok esetén, ha a rendszer nem zárt, a szennyezés átvezetése történhet a talajvízből a talajba, illetve a talajból a levegőbe. Ennek a mértéke nem haladhatja meg a más, hatályos jogszabályokban megengedett értékeket. Az oxigén-fejlesztő anyagok adagolása (pl. hidrogén-peroxid, ózon) csak akkor alkalmazható, ha kizárják a talaj mikroszervezeteire gyakorolt toxikus hatásukat. Meg kell továbbá akadályozni, hogy különösen a kevert, sok komponensű szennyezések esetén hatásukra számos, részlegesen oxidált vegyület keletkezzen a szennyező anyagokból, vagy a földtani közeg szerves anyagából, és ezek egymással, vagy a kiindulási anyagokkal reagálva ökotoxikológiailag kockázatos, időlegesen, vagy véglegesen nehezen befolyásolható helyzetet teremtsenek a kárhelyen. In situ, on site mentesítés során a talajvízbe csak abban az esetben juttatható szerves anyag (pl. detergens), szervetlen anyag (pl. nitrát, foszfát), mikroszervezet, ha a talajvíznek a kezelendő területről való kijutását megakadályozzák, a kitermelt vizet tisztítják, a felhasznált adalék anyagok veszélyességét (pl. toxicitás, patogenitás) kizárják, veszélytelenségüket bizonyítják. Bioágyas (prizmás) kezelésnél az alsó műszaki védelemről és a csurgalékvíz kezeléséről gondoskodni kell. A mentesítendő közegben az aeráció, az oxidatív folyamatok erősödése, a detergensek használata, a kémhatás változása a toxikus elemek oldékonyságának növekedéséhez vezethet. Az illékony kockázatos anyagok esetén, ha a rendszer nem zárt, a szennyezés átvezetése történhet a talajból a levegőbe. Ennek a mértéke nem haladhatja meg a más, hatályos jogszabályokban megengedett értékeket. Bioágyas (prizmás) kezelésnél az alsó műszaki védelemről és a csurgalékvíz kezeléséről gondoskodni kell. A kezelések során a szerkezet- és a tápanyagellátás javítása okán a közegbe bevitt adalékanyagok mennyisége nem érheti el az 5 tömeg %-ot, illetve nem vezethet a szennyezőanyag tartalom kihígításos csökkentéséhez.
1
MELLÉK-TERMÉK, HULLADÉK
MEGJEGYZÉS (A TECHNOLÓGIÁK ALKALMAZHATÓSÁGI KORLÁTAI, ALKALMAZHATÓSÁGUK KÖRNYEZETI KOCKÁZATAI)
SZERVETLENEK
+
-
-
-
-
-
+
-
+
+
+
+
Az iszapfázisú talajtisztítás kiindulási szakaszában kiválogatott szennyezett kő, kavics, egyéb anyagok sorsáról, esetleges ártalmatlanításáról gondoskodni kell. A tisztított talaj továbbhasznosítása során figyelembe kell venni, hogy a kezelés hatására a talaj eredeti szerkezete megsemmisül, tápanyag-szolgáltató képessége romlik, a mikroba populáció összetétele megváltozik (patogének vizsgálata). A víztelenítés során keletkező csurgalékvíz, illetve a tisztított talajvíz toxikus-elem koncentrációjáról meg kell győződni, mivel a levegőztetés hatására bekövetkező redox-potenciál változások, illetve az aeráció és a pH beállítás megváltoztathatja bizonyos vegyületek oldhatóságát.
+
+
+
+
+
+
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
A szennyező anyag eredményes lebontását a közegben általában többféle, együttműködő mikroszervezet végzi. In situ, on site mentesítés során a talajvízbe csak abban az esetben juttatható szerves anyag (pl. detergens), szervetlen anyag (pl. nitrát, foszfát), mikroszervezet, ha a talajvíznek a kezelendő területről való kijutását megakadályozzák, a kitermelt vizet tisztítják, a felhasznált adalék anyagok veszélyességét (pl. toxicitás, patogenitás) kizárják, veszélytelenségüket bizonyítják. Az oltóanyagnak (mikroszervezeteknek) az alábbi szabályoknak meg kell felelni: - definiált faji összetétel, - ismert a bontási spektruma (azoknak az anyagoknak a köre, melyeket hasznosítani tudnak), - obligát és fakultatív patogén mikrobáktól mentes, - a nehézfém-, illetve vegyszertűrő képessége ismert, összevethető az oltás előtt a mentesítésre váró közegből származó adatokkal, - letétbe vannak helyezve, célszerűen a Mezőgazdasági és Ipari Mikroorganizmusok Nemzeti Gyűjteményénél (NCAIM). A kármentesítés során kiemelten fontos az oltás, a beavatkozás hatékonyságának nyomon követése (pl. szénhidrogén bontó mikrobák számának és összetételének alakulása, a talajlégzés aktivitása, a szénhidrogéntartalom mennyiségi és minőségi változása), hogy az esetleges pótlólagos intézkedéseket - kiemelten a közeg újraoltását - el lehessen végezni.
IN SITU
IN SITU
GÁZ, GŐZ
DIOXINOK/FURÁNOK
+
FOLYÉKONY
PESZTICIDEK
+
SZILÁRD
HSVOC
+
EX SITU
TPH C11-C40
+
EX SITU
NHSVOC
FÖLDTANI KÖZEG
FELSZÍN ALATTI VÍZ
ALKALMAZÁSI KÖZEG, MÓD
HVOC
1.2.4. Tudatos / tervezett oltóanyag használat
A szennyezett talajt (talaj)vízzel zaggyá szuszpendálják, adalékolják, keverik, levegőztetik a mikroszervezetek és a szennyezőanyagok minél jobb hatékonyságú találkoztatása és az aerob viszonyok megteremtése érdekében. A tisztítás után az iszapot víztelenítik. A kitermelt, szennyezett talajvizet tartályokban, medencékben aerob viszonyok között, a talajvízben található mikroszervezetek felszaporításának és ezáltal a biodegradáció elősegítése érdekében kezelik. Szemben az 1. pontban fentebb felsorolt technológiákkal, amelyek során általában definiálatlan faji összetételű és tulajdonságú mikroszervezetek kerülnek felhasználásra, ebbe a csoportba azokat az eljárásokat soroljuk, melyek faj-szinten identifikált, ismert tulajdonságokkal rendelkező és származású mikroszervezeteket alkalmaznak. A közeg oltása azt 6 10 jelenti, hogy általában 10 -10 /ml élő sejtszámban a szennyező anyagok intenzív lebontására képes mikroszervezet szuszpenziót (inokulumot, vagy oltóanyagot) juttatnak a kezelendő közegbe. Az 1.2 pontban fentebb felsorolt valamennyi eljárásban alkalmazhatóak.
TECHNOLÓGIA ALKALMAZHATÓSÁGA ANYAGCSOPORTONKÉNT
TPH C5-C11
1.2.3. Tartályos eljárások - Iszapfázisú biológiai kezelés (talaj, ex situ) - bioreaktor (talajvíz, ex situ)
ÉRTELEMZÉS
NHVOC
KÁRMENTESÍTÉSI TECHNOLÓGIA
Az anyagcsoportok részletezését ld. külön táblázatban. Jelmagyarázat: Technológia alkalmazhatósága anyagcsoportonként: +: A tárgyi kármentesítési technológia célcsoportja; tervszerű és előírás szerinti használat esetén alkalmazása engedélyezhető. -: A tárgyi kármentesítési technológiának nem célcsoportja, nem, vagy csak korlátozottan mértékben várható eredmény az alkalmazása során, ezért az eljárásnak, mint önálló beavatkozási technológiának az engedélyezése nem javasolt. Alkalmazási közeg, mód: +: A tárgyi kármentesítési technológiára alkalmas a közeg esetén (mód). -: A tárgyi kármentesítési technológiára nem alkalmas a közeg esetén (mód). Melléktermék, hulladék: +: A tárgyi kármentesítési technológia során melléktermék, hulladék keletkezik. -: A tárgyi kármentesítési technológia során melléktermék, hulladék nem keletkezik. Megjegyzés: a táblázatban, a hazai és nemzetközi szakirodalomban meghonosodott szóhasználat miatt, a talajtisztítási módszerek értelemszerűen a teljes földtani közegre értendők.
AZ ANYAGCSOPORTOK MAGYARÁZATA 1. NHVOCs: nem halogénezett illékony szénhidrogének Fontosabb nem halogénezett illékony szénhidrogének (döntően 5-11 szénatom számú alifás és aromás szénhidrogének és származékaik, de bizonyos esetekben a 12 szénatom számúak is), melyek szennyezett területeken általában fellelhetőek: 1-butanol 4-metil-2-pentán
Etilacetát Etiléter
Benzol Toluol
n-bután n-dekán
n-pentán
Fenol* Metilezett fenolok Metilezett butilének Ciklopentán Izobután Izopentán Metilezett fenolok Piridin
Aceton*
Metanol
Etil-benzol
n-dodekán*
Akrolein Akril-nitril Amino-benzol Széndiszulfid
Metil-etil-keton Metil-izobutil-keton Butil-alkoholok Sztirol
n-heptán n-hexán n-nonán n-oktán
Ciklohexán
Tetrahidrofurán
Etanol
Vinilacetát
Xilolok Alkil-benzolok 1-pentén Metilezett pentánok Metilezett hexánok Metilezett heptánok
n-undekán*
Vinilbenzol
* Csak kis hatékonysággal sztrippelhető 2. HVOCs: Halogénezett illékony szénhidrogének Fontosabb halogénezett illékony szénhidrogének, amelyek szennyezett területeken általában fellelhetőek. 1,1-diklór-etilén Diklór-metán (metilén-klorid) 1,1,2-triklórtrifluor-etán (Freon) 1,2-diklór-etilén 1,1-diklór-etán
2,3-diklórpropilén Bróm-diklórmetán Triklór-etilén (TCE) Epiklórhidrin
Széntetraklorid
2-klóretil-viniléter 1,3-diklórpropilén Cisz-1,3-diklórpropilén Transz-1,3diklór-propilén 1,1,2-triklór-etán
1,2-diklórpropán
Monoklórbenzol
Kloroform 1,2-diklór-etán 2-klór-etanol
Dibróm-klór1,2,2-trifluormetán etán (Freon 113) 1,2-dibróm-etán Triklór-fluormetán (Freon11) Tetraklór-etilén 1,2-transz(perklóretilén diklór-etilén PCE) 1,1,2,21-klór-2-propilén tetraklór-etán Vinil-klorid Diklór-2-butilén Vinil-triklorid
Tetraklór-etilén
Vinilidén-klorid
Bromoform
1,1,1,2Bróm-metán tetraklór-etán 1,1,1-triklór-etán Dibróm-metán Neoprén
Dibromid-etilén
Klór-dibrómmetán Klór-etán Klór-metán Klór-propán Cisz-1,2-diklóretilén Cisz-1,3-diklórpropilén Dibróm-klórpropán Glicerol triklórhidrin Haxaklórbutadién Hexaklór-etán
————————————————————————————————————————— 3. LEVEGŐTISZTASÁGVÉDELEM
3. NHSVOCs: Nem halogénezett közepesen illékony szénhidrogének Fontosabb nem halogénezett közepesen illékony szénhidrogének, amelyek a szennyezett területeken általában fellelhetőek. Acenaftilén Acenaftén Fluorén Fenantrén
Benz(k)fluorantén Benz(e)pirén Benz(a)pirén Indeno(1,2,3-cd)pirén Antracén Dibenz(a,h)antracén Fluorantén Benz(g,h,i)perilén Pirén 1,2-benzacenaftén Benz(a)antracén 1,2-difenilhidrazin Krizén 2,3-fenil-epirén
Nitroanilinek Nitrofenolok Benzidin Benzoesav
Izofron Malation Metilparation Paration
1-amino-naftalin Naftalin* 1-metil-naftalin* 2-metil-naftalin*
Benzilalkohol Ftalátok
Tetrafén
Benz(b)fluorantén 2,4-dinitro-fenol
Dibenzofurán Difenil-etán Etion
4,6-dinitro-2metil-fenol Allidioxi-benzol- Etil-paration metilén éter n-nitrozo-dimetil- n-nitrozo-difenilamin amin n-nitrozo-di-npropil-amin
* Hatékonyan sztrippelhető. 4. HSVOCs: Halogénezett közepesen illékony szénhidrogének Fontosabb halogénezett közepesen illékony szénhidrogének, amelyek a szennyezett területeken általában fellelhetőek. 1,2-diklór-benzol* 1,3-diklór-benzol* 1,4-diklór-benzol* Triklór-benzolok* (1,2,3 TCB, 1,2,4 TCB, 1,2,5 TCB) Tetraklórbenzolok (1,2,3,4 TeCB, 1,2,3,5 TeCB) pentaklór-benzol hexaklór-benzol
Klórnaftalin* 1.1.1.1.1 Bróm-benzol*
4-klór-anilin 4-klór-fenilfeniléter 1.1.1.1.2 Monoklór-fenolok (2- Klordán MCP, 3-MCP, 4MCP) Diklór-fenolok (2,4-DCP, 2,3Klór-benzilát DCP, 2,5-DCP, 2,6-DCP)
Quintozén Bisz(2-klór-etoxiftalát) Poliklórozott bifenilek (PCB-k)
Triklór-fenolok (2,3,5-TCP, 2,3,6-TCP, 2,4,5-TCP, 2,4,6TCP, 3,4,5-TCP, 3,4,6-TCP)
klórfenotán
4-bróm-fenil-feniléter
Tetraklór-fenolok (2,3,4,6TeCP, 2,3,5,6-TeCP, 2,3,4,5TeCP) Pentaklór-fenol (PCP)
Haxaklórbutadién
3,3-diklór-benzidin
Hexaklór-ciklopentadién
* Hatékonyan sztrippelhető 5. Peszticidek DDT DDD
Aldrin Klórdrin
Endrin Alfa-HCH
Gamma-HCH Delta-HCH
DDE
Dieldrin
Béta-HCH
Karbamátok
1,3,5-Triazin Foszforsavészterek Fenoxikarbonsav származékok
6. Dioxinok, furánok: Poliklórozott-dibenzo-dioxinok és dibenzo-furánok 7. Szervetlenek: szervetlen szennyezők Fontosabb szervetlen szennyezők, amelyek a szennyezett területeken általában fellelhetőek Alumínium Antimon Arzén Bárium Berillium Bizmut
Kadmium Króm Kobalt Réz Ólom Mangán
Fémes cianidok Molibdén Nikkel Szelén Ezüst Tallium
Titán Vanádium Cink Volfrám Cirkónium Fluor
Bór Higany Ón Cianidok
