Obsah 1.
Úvod (Matj) .................................................................................................................... 9
2. 2.1 2.1.1 2.1.1.1 2.1.1.2 2.1.1.3 2.1.1.4 2.1.1.5 2.1.2 2.1.2.1 2.1.2.2 2.1.2.3 2.1.2.4 2.1.2.5 2.1.2.6 2.1.2.7 2.1.2.8 2.1.2.9 2.1.2.10 2.1.2.11 2.2 2.2.1 2.2.1.1 2.2.1.2
Technologie pro ošetování nesaturované zóny a pevných materiál ........................ 10 Technologie in situ (Matj) ............................................................................................. 10 Biologické postupy ........................................................................................................... 11 Úvod (Matj) ................................................................................................................... 11 Bioventing a kometabolický bioventing (Matj)............................................................. 12 Podporovaná bioremediace (Matj) ................................................................................ 18 Fytoremediace a rhizoremediace (Macek a kol.) .............................................................. 20 Použitá literatura ............................................................................................................... 23 Fyzikální a chemické postupy .......................................................................................... 25 Úvod (Matj) ................................................................................................................... 25 Chemická oxidace (Kubal) ................................................................................................ 25 Elektrokinetická dekontaminace (Kubal) .......................................................................... 28 Narušování struktury, štpení (Kvapil) ............................................................................. 30 Vymývání pdy (Kyclt)..................................................................................................... 32 Venting (Hocke, Pastuszek) .............................................................................................. 34 Solidikace a stabilizace (Ržika)................................................................................... 40 Metody tepelného ošetení a tepelné podpory (Matj) .................................................... 42 Zakrytí, uzavení a enkapsulace (iica ) ......................................................................... 47 Vitrikace (Matj) ........................................................................................................... 49 Použitá literatura................................................................................................................ 50 Technologie ex situ (Matj) ............................................................................................ 53 Biologické postupy ........................................................................................................... 53 Úvod (Matj) ................................................................................................................... 53 Ošetování pdy a ostatních pevných materiál po vytžení na dekontaminaní ploše (Kyclt) ............................................................................................................................... 55 2.2.1.3 Kompostování (Matj) .................................................................................................... 57 2.2.1.4 Biostabilizace a bioimobilizace (Matj) .......................................................................... 60 2.2.1.5 Landfarming (Matj) ....................................................................................................... 62 2.2.1.6 Biologické suspenzní systémy (slurry phase system) (Kyclt) ........................................... 64 2.2.1.7 Použitá literatura................................................................................................................ 66 2.2.2 Chemické a fyzikální metody ........................................................................................... 67 2.2.2.1 Úvod (Burkhard) ............................................................................................................... 67 2.2.2.2 Chemická extrakce (Burkhard).......................................................................................... 68 2.2.2.3 Chemická oxidace/redukce (Burkhard) ............................................................................. 70 2.2.2.4 Dehalogenace (Burkhard).................................................................................................. 71 2.2.2.5 Fyzikáln-mechanická separace (Burkhard) ..................................................................... 73 2.2.2.6 Praní pdy a pevných materiál (Kyclt)............................................................................ 75 2.2.2.7 Solidikace a stabilizace ex situ (Ržika) ....................................................................... 77 2.2.2.8 Spalování (vetn oteveného spalování a detonace) (Hanuš) .......................................... 79 2.2.2.9 Termická desorpce (Straka)............................................................................................... 81 2.2.2.10 Použitá literatura ............................................................................................................... 84 3. 3.1 3.1.1 3.1.1.1
Technologie ištní podzemní vody a prsakových vod .............................................. 86 Technologie in situ (Matj) ............................................................................................. 86 Biologické postupy ........................................................................................................... 87 Úvod (Matj) ................................................................................................................... 87
3.1.1.2 3.1.1.3 3.1.1.4 3.1.1.5 3.1.1.6 3.1.1.7 3.1.2 3.1.2.1 3.1.2.2 3.1.2.3 3.1.2.4 3.1.3. 3.1.3.1 3.1.3.2 3.1.3.3 3.1.3.4 3.1.3.5 3.1.3.6 3.1.3.7 3.1.3.8 3.1.3.9 3.1.3.10 3.1.3.11 3.2 3.2.1 3.2.1.1 3.2.1.2 3.2.1.3 3.2.1.4 3.2.2 3.2.2.1 3.2.2.2 3.2.2.3 3.2.2.4 3.2.2.5 3.2.2.6 3.2.2.7 3.2.2.8
Podporovaná bioremediace (Matj) ................................................................................ 88 Biosparging (Matj) ........................................................................................................ 91 Bioslurping (Matj) ......................................................................................................... 94 Biotransformace, bioredukce (Matj).............................................................................. 95 Biologické reaktivní bariéry (Veselá) ............................................................................... 97 Použitá literatura ............................................................................................................. 100 Pirozená atenuace .......................................................................................................... 102 Úvod (Matj) ................................................................................................................. 102 Monitorovaná pirozená atenuace (Matj) .................................................................... 103 Podporovaná atenuace (Matj) ...................................................................................... 107 Použitá literatura ............................................................................................................. 109 Chemické a fyzikální metody ......................................................................................... 110 Úvod (Matj) ................................................................................................................. 110 Air sparging (Herík) ...................................................................................................... 111 Chemická oxidace in situ (Kubal) ................................................................................... 117 Metody tepelného ošetení (Matj) ............................................................................... 119 Bariéry vertikální (erná, iica) ................................................................................... 120 Hluboká injektáž (iica) ................................................................................................ 127 Hydraulické štpení (Kvapil) .......................................................................................... 128 Pneumatické štpení (Kvapil) ......................................................................................... 130 Torpedace (Kvapil).......................................................................................................... 132 Radiolytický rozklad (Pastuszek) .................................................................................... 134 Použitá literatura ............................................................................................................. 136 Technologie ex situ (Matj) .......................................................................................... 138 Biologické metody ......................................................................................................... 139 Úvod (Matj) ................................................................................................................. 139 Bioreaktory (Matj) ....................................................................................................... 140 Umlé mokady (koenové istírny) (Matj)................................................................. 143 Použitá literatura (Matj)............................................................................................... 145 Chemické a fyzikální metody ......................................................................................... 146 Úvod (Matj) ................................................................................................................. 146 Air stripping (Charvát) .................................................................................................... 147 Adsorpce a absorpce (Pikrylová) ................................................................................... 148 Chemická oxidace (Matj) ............................................................................................ 152 Sananí erpání a ištní po vyerpání (Polenka) ........................................................... 154 Srážení, koagulace, okulace, otace (Dubánek) ........................................................... 158 Výmna iont (Dubánek) ................................................................................................ 164 Použitá literatura ............................................................................................................. 168
4. 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.2.1 4.1.2.2 4.1.2.3 4.1.3 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4
Technologie ištní pdního vzduchu a vzdušnin ..................................................... 170 Biologické metody ......................................................................................................... 170 Úvod (Matj) ................................................................................................................. 170 Bioltrace ....................................................................................................................... 171 Bioltr s pevným ložem (Kyclt) ...................................................................................... 171 Skrápný bioltr (Kyclt) ................................................................................................. 173 Bioskrubr (Kyclt) ............................................................................................................ 174 Použitá literatura (Kyclt) ................................................................................................. 175 Chemické a fyzikální postupy ........................................................................................ 176 Úvod (Koutský, Malecha) ............................................................................................... 176 Vypírání (Koutský, Malecha) .......................................................................................... 177 Membránové separace (Koutský, Malecha) .................................................................... 181 Oxidace (Koutský, Malecha) ........................................................................................... 183
4.2.5 4.2.6 4.2.7 4.2.8
Vysokoenergetická destrukce (Koutský, Malecha) ......................................................... 186 Adsorpce (Koutský, Malecha) ......................................................................................... 188 Spalování (Raschman) ..................................................................................................... 191 Použitá literatura ............................................................................................................. 195
5. 5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.4 5.4.1 5.4.2 5.5 5.5.1 5.5.2 5.6 5.8
Nanotechnologie pro sanaci ekologických zátží ....................................................... 197 Úvod (4) (erník) ............................................................................................................ 197 Principy nanotechnologií v oblasti životního prostedí (erník) .................................... 198 Popis technologie sanace kontaminované podzemní vody in situ (erník) .................... 198 Píprava bimetalických nanoástic na bázi Fe (erník) .................................................. 198 Použití Fe nanoástic (erník) ........................................................................................ 199 Další píklady použití nanotechnologií v životním prostedí ......................................... 201 Použití zeolit ke katalytickým úelm (erník) ............................................................ 201 Použití nanoástic na bázi dalších prvk a ostatní systémy (erník, Matj) ................ 202 Pilotní aplikace ............................................................................................................... 203 Sanace TCE v Trentonu (erník) .................................................................................... 203 Aplikace nanoželeza v Kuivodech (erník) .................................................................. 204 Použitelnost a omezení použití nanotechnologií pi sanacích (erník) .......................... 205 Použitá literatura ............................................................................................................. 205
6. 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 6.10.1 6.10.2 6.10.3 6.10.4 6.11 6.12
Inovaní technologie ..................................................................................................... 206 Úvod (Matj) ................................................................................................................. 206 Mechanickochemická dehalogenace (Matj) ................................................................ 206 Suldické srážení tžkých kov in situ aplikované na Cr a Ni (Slouka) ........................ 208 Stripping ve vrtu (Slouka) ............................................................................................... 209 Destrukce katalyzovaná zásadou (Straka) ....................................................................... 211 Nepímá redukce tžkých kov síran-redukujícími bakteriemi (Žáková) ..................... 212 Dynamický podzemní stripping (Matj) ....................................................................... 214 Biologická degradace chloristanu (Matj)..................................................................... 215 Chemická redukce v plynné fázi (Matj) ...................................................................... 217 Integrované sananí technologie .................................................................................... 218 Úvod (Matj) ................................................................................................................. 218 Anaerobní a aerobní bioremediace (Matj) ................................................................... 219 Kombinace chemických a biologických metod (Matj) ................................................ 221 Ostatní integrované sananí technologie (Matj) .......................................................... 222 Extrakce do makroporézních polymer (Matj)............................................................ 224 Použitá literatura ............................................................................................................. 226
7. 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7
Ekonomika sananích technologií ............................................................................... 229 Úvod (Matj) ................................................................................................................. 229 Nedostatky v urování ekonomických parametr sananích technologií (Matj) ........ 229 Zvýšení srovnatelnosti cenových informací o sananích technologiích (Matj) .......... 230 Standardní jednotky pro vyjadování náklad (Matj).................................................. 232 Výbr cenových prvk (Matj) ..................................................................................... 234 Ekonomické hodnocení sananích technologií (Matj) ................................................ 235 Použitá literatura ............................................................................................................. 239
8.
Rejstík zkratek ............................................................................................................. 240
9
Vcný rejstík ................................................................................................................ 242
Solidikace a stabilizace (Ržika), Metody tepelného ošetení a tepelné podpory (Matj)
Na obr. . 2.1.2-8 je píklad sestavy pro promíchávání pdy, které nejprve pi postupu dol rozpojí zeminu a souasn ji rovnomrn promíchává s pojivem aplikovaným na špice vrtných spirál. Po dosažení požadované hloubky je zmnn smr otáení vrták, takže tyto pi postupu nahoru hutní pod sebou zeminu. Krom vlivu pojiva tak dochází k sekundární mechanické solidikaci zeminy.
Obr. . 2.1.2-7 Použití specického zaízení pro stabilizaci a solidikaci materiál v kalových lagunách (materiál spolenosti Soletanche eská republika, s. r. o., 2005) Postup pro kontaminované zeminy V pípad únosnjšího podloží postupuje zaízení pro solidikaci a stabilizaci pímo po sanované zemin a postupn ji promíchává s pojivy. Zaízení mže mít rzné tvary mísících nástroj podle parametr sanované zeminy (hloubka dosahu, velikost mísícího zábru, charakter aplikovaných pojiv).
Pro zvýšení úinnosti solidikace a stabilizace in situ je možné je úspšn kombinovat s rznými vertikálními bariérami (viz 3.1.3.6), zejména pak s reaktivními bariérami pro zachycení zbytkového zneištní (Kachrillo, 2005). Dvojitá sananí ochrana pak spoívá v mikroenkapsulaci (tj. solidikace a stabilizace in situ) a makroenkapsulaci (tj. obvodová tsnicí bariéra) (Magnié a kol., 2003). Kontrola kvality solidikace a stabilizace in situ se provádí na odebraných vzorcích zkouškami chemickými (napíklad chemické složení výluhu) a fyzikálními (mechanická pevnost, propustnost). Prmrné náklady na realizaci stabilizace a solidikace in situ jsou ádov od 1500 do 6000 K.m-3 podle druhu kontaminantu a použitých pojiv. Doba ištní: Sanace solidikací a stabilizací in situ je relativn rychlou metodou. Prmrná doba je závislá na dob chemických reakcí a dob tuhnutí pojiv a pohybuje se od nkolika dn po nkolik týdn. 2.1.2.8 Metody tepelného ošetení a tepelné podpory Odporové zahívání Princip: Elektrický proud procházející mén propustnými pdami mezi elektrodami ohívá prostedí, takže voda a polutanty pecházejí do plynné fáze a mohou být odstranny vakuovou extrakcí (kapitola 2.1.2.6).
Obr. . 2.1.2-8 Píklad soupravy se tymi pekrývajícími se spirálovými vrtáky (materiál spolenosti Soletache eská republika, s. r. o., 2005)
42
Teplo vzniká pi prchodu elektrického proudu pdou, která psobí jako elektrický odpor (Gauglitz a kol., 1994).
Podporovaná atenuace (Matj)
nebo mikroaerolní až anaerobní s nitrátem. Pi eliminaci chlorovaných ethylen je možné sekvenn použít podpory reduktivních pochod (vodík, sulfát, popípad heterotrofní substrát, který je opt v konené fázi zdrojem vodíku) a postupn volit terminální akceptory s menší reduktivní silou. Volba sekvencí závisí na konkrétních podmínkách v lokalit a obecn ji charakterizovat je velmi obtížné. Biologický rozklad chlorovaných ethylen mže být podpoen vtláením methanu, který stimuluje innost enzymu monooxidasy, kterou obsahují methanotrofní bakterie. Monooxidasy jsou enzymy s velmi nízkou substrátovou specitou a jsou schopné oxidovat také chlorované ethyleny. Tento oxidaní proces je pro bakterie bez známého významu, protože z nj nezískávají žádnou energii (kometabolismus). Prakticky byl tento zpsob stimulace kombinován s pídavky makrobiotických prvk (fosfor a dusík). Methan ve smsi se vzduchem byl zatláen periodicky a podle autor tento postup stimuloval tvorbu monooxidasy (Zittwitz a kol., 2003). Hromadní cis-1,2-DCE a vinylchloridu nebylo pozorováno. Podporovaná atenuace je velmi asto používána v kombinaci s klasickým sananím erpáním v závrených fázích sanace pro polutanty dobe biologicky odbouratelné za aerobních podmínek s kyslíkem. Podpora ve vtšin pípad spoívá v zapravení kyslíku nebo nitrátu do prostedí. Formy jsou rzné: • chemická oxidace za mírných podmínek, kdy dochází k ástené oxidaci cílových polutant a ást kyslíku je využívána biologicky pro aerobní degradaci (Jacobs, 2003); • podpora zapravováním vzdušného nebo istého kyslíku pro vytvoení aerobních podmínek nutných pro odstra ování MTBE a benzenu (Mulica a kol., 2004), terciárního butylalkoholu a MTBE (Miller, 2005); • podpora biodegradace ropných uhlovodík pídavkem nitrát (Meier-Lohr a kol., 2001) zamená hlavn na eliminace BTEX po ukonení sananího erpání jako fáze doištní; • aplikace aerobního doištní transformaních produkt PCE a TCE ve zvodni nuceným provzduš ováním podzemní vody a biologickou aktivitou autochtonních kmen po ukonení aktivní sanace.
108
Podporovanou atenuaci lze využít i k intenzikaci stabilizaních proces kontaminace kovy a radionuklidy rozpuštnými v podzemní vod. I když podle dostupných informací nebyl v eské republice tento postup zatím nikde použit, neznamená to, že v blízké budoucnosti se tak nestane. Biologické stabilizaní procesy probíhají v kontaminovaných zvodních pirozen, pokud dochází v dsledku rozkladu organických látek ke snižování redoxpotenciálu a odstra ování rozpuštného kyslíku z podzemní vody. Tento proces lze podpoit injektáží heterotrofních substrát do podzemní vody, a tak podporovat pirozenou spotebu rozpuštného kyslíku a vznik reduktivních podmínek (Liles a kol., 2005), pi nichž dochází k biologické redukci sulfát na suldy a vzniku kovových suld, které jsou ve vod nerozpustné. Tuto podporu atenuace lze použít i ve zvodních se smíšenou kontaminací organickými i anorganickými polutanty. Jako donory elektron lze použít nejrznjší organické sloueniny a vedlejší produkty potravináského prmyslu. Biologické reduktivní atenuaní pochody jsou asto v pirozených podmínkách limitovány oxidaními podmínkami, nedostatkem organického uhlíku, nedostatkem akceptor elektron, nedostatkem makrobiotických prvk, i málo aktivní autochtonní bakteriální populací. Pídavek heterotrofního substrátu mže vtšinu tchto limitujících faktor odstranit. Pi praktickém využití je však teba rozumn volit substráty. Napíklad aplikace epné melasy i jedlých olej v našich podmínkách je riskantní a pináší negativní vlivy pro životní prostedí. Jak bylo zmínno v kapitole 3.1.2.1, je použití monitorované pirozené atenuace v eské republice tém nemožné. Proto lze pedevším uvažovat s využitím podporované atenuace, která zaruuje vtší rychlost atenuaních proces. Podporovanou atenuaci je možno integrovat do sananích systém stejn dobe jako pirozenou atenuaci. Integrace podporované atenuace v komplexních sananích systémech je možná:
Výmna iont (Dubánek)
[3.2.2-8] Experimentální data umožní jednak prognózu technologických parametr, stanovení objemového nebo specického zatížení kolony Bv [m3.m-3.h-1], ale také pedpov výsledného složení roztoku po úprav vetn parametr rozhodujících o ekonomice sanace (frekvence regenerace, produkce a složení odpadních vod). Sananí zaízení pro úpravu kontaminovaných vod na bázi syntetických iontomni pracují dynamickým zpsobem. V souasnosti se využívá automatických ionexových stanic ve form nápl ových kolon, piemž se rozlišuje zpsob provozu s regenerací perušovaným nebo kontinuálním provozem stanice. Dležitý je smr protékání regeneraního média. Provozn efektivnjší, pracující s nižším pebytkem regeneraního inidla (asi o 20 %), ale nákladnjší, jsou zaízení s protiproudou regenerací, bžné sestavy jsou regenerovány souprou-
dem regeneraního inidla. Po vyerpání užitené kapacity iontomnie je nutno ionex proprat a zregenerovat. Na obr. . 3.2.2-10 uvádíme technologické schéma ionexové stanice zamené na snižování obsahu As3+ iontomnii (rozpracovali Wang a kol., 2000). Nejprve je As3+ oxidován na As5+ a ve form AsO3- zachycen na anionaktivním iontomnii. Z technologického schématu je zejmé, že optimální funkce zaízení je podmínna separací nerozpuštných látek na vstupu, monitorováním pH a oxidan-redukního potenciálu. Kontrola složení odpadních vod z regenerace se zajiš uje obvykle konduktometricky. Z pírodních materiál vykazují pro sananí úely nejvýhodnjší iontovýmnné vlastnosti tektosilikáty, zeolity a jílové minerály. Klinoptiolit a chabazit se používají k odstra ování tžkých kov a radionuklid a jsou základem reaktivních bariér bránících šíení tžkých kov. Z dvodu zvýšení reakního povrchu se dávku-
Obr. . 3.2.2-10 Pehledné technologické schéma ionexové stanice zamené na odstraování As5+ po oxidaci As3+ (Wang a kol., 2000) 1 – ze zdroje, 2 – surová voda, 3 – zdroj vody pro regeneraci a zptný proplach, 4 – zásobník preoxidaního inidla, 5 – pojistný ventil, 6 – solanková nádrž, 7 – reaktor s iontovýmnnou náplní, 8 – zásobník inidla pro nastavení pH, 9 – ídící ventil, 10 – regulaní ventil, 11 – redukní ventil, 12 – podtlakový ventil, 13 – vzorek, 14 – injektor, 15 – obhové erpadlo instalované v potrubí, 16 – idlo a mení pH, 17 – idlo prtoku, 18 – soutový prtokomr, 19 – idlo tlaku, 20 – teplotní idlo, 21 – smíchaná voda, 22 – k zásobníku odpadních vod
167
