A TERMÉSZETES ÉS ÉPÍTETT KÖRNYEZET VÉDELME
6.1
Szennyezett földterületek kármentesítése Tárgyszavak: talajszennyezés; talajvíz; talajtisztítás; remediálás; bioremediálás; fitoremediálás.
A szennyezett földterületek kármentesítése sokakat foglalkoztató probléma az Egyesült Királyságban és szerte a világon. Mind a kormányok, mind a törvényhozás szervei növekvő nyomást gyakorolnak a vállalatokra az általuk okozott szennyezések megszüntetésére. A vagyonátruházásban és az újrahasznosításban közreműködő biztosítók, bankok és ügyvédek – hasonló céllal – ezt a nyomást tovább fokozzák. A leggyakoribb szennyezések közé tartoznak a szerves vegyületek, fémek, olajok, kátrány és a bányákból származó meddőanyag. A szenynyezett terület, ha nem kezelik megfelelően, fenyegetheti az ember egészségét és a környezetet; az okozott károkért felelősség terheli a tulajdonost és a bérlőt. A szennyezett talaj és talajvíz megtisztítása több szakma együttműködését igényli, ebben az együttműködésben a vegyészmérnökök szerepe egyre fontosabbá válik.
Törvényi keretek Az Egyesült Királyságban az elmúlt öt évben három fontos változás következett be a törvényekben. Az 1990. évi környezetvédelmi törvény IIA része megköveteli, hogy a helyhatóságok a saját területükön belül azonosítsák a szennyezett helyszíneket és gondoskodjanak, hogy a szennyezésért felelős fél a helyszíneket helyreállítsa oly mértékben, hogy az eleget tegyen a „hasznosításra alkalmas” előírásnak. A Skóciára, Angliára és Walesre érvényes, a szennyezés megelőzésére és kezelésére vonatkozó 2000. évi törvény szerint a gyáripar köteles felbecsülni tevékenységének a környezetre, így a talajra, a talajvíz-
re és a feszíni vizekre gyakorolt hatását. Valamely üzem tevékenységének befejezése után köteles a környezet eredeti állapotát visszaállítani. A törvények arra késztetik az ipart, hogy egyre több programot valósítson meg a szennyezett helyszínek rehabilitációja érdekében. A „szennyező fizet” alapelv szerint a szennyezésért felelős vállalatokra hárul a környezet-helyreállítás költségeinek nagyobb része. A talaj kiemelése a szennyezés helyszínén a szennyezés jelentős csökkentésének költségkímélő módja lehet. Az EU lerakóhelyekre vonatkozó új irányelvei azonban helytelenítik az Egyesült Királyságban létező „ásd ki és rakd le” gyakorlatot; így várhatóan növekedni fog az igény a már bevált és újabban kifejlesztendő rehabilitációs technológiák iránt. A továbbiakban a talaj, illetve a talajvíz rehabilitációjának néhány módszere következik.
Fizikai és kémiai eljárások Szilárdítás/stabilizálás A stabilizációt a stabilizáló vegyszer szennyezett talajjal való keverésével érik el oly módon, hogy a talajmátrix megszilárdulva hatékonyan megakadályozza a veszélyes összetevők környezetbe való kilúgozódását. E módszer számos helyszínen és különböző szennyező anyagok, így fémek és szerves vegyületek esetében is, sikeresnek bizonyult. Általában laboratóriumi vizsgálatok szükségesek a megfelelő stabilizáló vegyszer kiválasztásához, és a megfelelő keverési arány meghatározásához. Az eljárás terepen in-situ vagy ex-situ alkalmazható a körülményektől függően. A talajvíz rehabilitációja „szivattyúzd és kezeld” (pump-and-treat) típusú eljárással Szivattyúzással kezelés vagy szabályszerű tárolás céljából kinyerhető a szennyezett talajvíz vagy a koncentrált szennyező anyag – pl. a nem vízfázisú folyadék (non aqueous phase liquid – NAPL). Általában ezt a technológiát használják a szennyezés talajvízzel együttvándorlásának korlátozására, valamint az oldott szennyező gázok kezelésére. E technológia gyakran kezelési eljárásokat igényel, pl. szénabszorpciót, illó alkatrészek levegővel való hajtását, UI-kezelést vagy oxidálást a szenynyező anyag eltávolítására vagy lebontására; ezután lehet visszavezetni a vizet a környezetbe. Bár e hagyományos technológia sikeresen alkal-
mazható a szennyezés vándorlásának megakadályozására, huzamos ideig kell alkalmazni a környezetben lévő szennyező anyag mennyiségének jelentős csökkentéséhez. A gőzök kivonása a talajból (soil vapour extraction – SVE) Ezt az eljárást az illékony szerves anyagok (volatile organic compounds – VOC) eltávolítására használják. A talajgőzöket fúrólyukakba szivattyúzzák, ahol befogják. E technológiát gyakran összekötik levegő befúvásával, ez elősegíti a talajvízben oldott illékony szerves vegyületek eltávozását. Az eljárás megkövetelheti aktív szén alkalmazását, hogy a szennyező anyagok ne jussanak a környező levegőbe. In situ levegőbefúvás Levegőt vagy gőzt juttatnak nyomás alatt fúrólyukakon keresztül a szennyezésnek kitett függőleges terület alá. Az illékony szennyező anyagok a felfelé áramló levegővel a talaj felső rétegébe jutnak, ahol SVE eljárás segítségével kivonják azokat. E technológia különösen hatásos klórozott illékony szerves vegyületek esetében; ilyenek az ipari tisztítószerek és zsírtalanítók, pl. a tetraklór-etilén (PCE) és a triklór-etilén (TCE), valamint a benzol. Kémiai redukció/oxidáció Redukáló vagy oxidáló reagens hozzáadásával a veszélyes szenynyezést ártalmatlanítják vagy kevésbé mérgezővé alakítják át. Ózont, hidrogén-peroxidot, permanganátot, perszulfátot és egyéb vegyületeket használnak oxidálószerként, a peroxidot, a kén-dioxidot pedig redukálószerként. Újabban a hatás növelése érdekében az ózont és a hidrogén-peroxidot együttesen használják. E technológia óvatosságot igényel a fenti reagensek kezelése és raktározása során egészségkárosító hatásuk miatt. Áteresztő reaktív gátak A talajvíz kezelésének e technológiája hasadékba töltött reakcióképes anyagot használ. A hasadékot a talajszennyezés gradiensének irányába képezik; a szennyezés koncentrációja bomlás, szorpció vagy kicsapódás révén csökken a talajvíz áthaladásakor. E technológia számos
szennyező anyag esetében alkalmazható. A reakcióképes töltőanyag kiválasztása a terepviszonyoktól és a szennyező anyagoktól függ.
Kémiai és biológiai eljárások Biológiai helyreállítás (bioremediálás) Számos technika áll rendelkezésre a mikroorganizmus populáció növekedésének serkentésére, és így a talajban és a talajvízben lévő szerves szennyező anyagok bomlásának elősegítésére. A szennyezések biológiai lebontása aerob és anaerob körülmények között is végbemehet. A mikroorganizmusok tevékenysége elektronreceptorok (oxigén vagy nitrogén), tápanyagok vagy energiaforrás biztosításával serkenthető. Az eljárás hatékony a kőolajszénhidrogén-származékok koncentrációjának csökkentésére a talajban és a talajvízben. Fitoremediálás E technológia a növények anyagcseréjét és vízigényét használja fel a szennyező anyagok eltávolításához, lebontásához vagy megkötéséhez. A módszer számos szerves és szervetlen szennyezőre alkalmazható, de leggyakrabban fémek és illékony szerves anyagok esetében használják. Ellenőrzött természetes csökkenés (monitored natural attenuation – MNA) A természetes csökkenés a természetben lejátszódó olyan fizikai, kémiai és biológiai folyamatok eredménye, amelyek csökkentik a szenynyező anyagok mennyiségét, koncentrációját, áramlását vagy toxicitását. A monitoring azért szükséges, hogy meg lehessen győződni a folyamat hatékonyságáról, és arról, hogy a szennyező anyagok koncentrációja elfogadható szint alá csökkent. E módszer elfogadott szénhidrogének és fenol okozta szennyeződések esetében, valamint kisebb mértékben klórozott oldószerek esetében. Fokozott természetes csökkenés Különböző módszerek alkalmazhatók a természetes csökkenés gyorsítására. A kereskedelmi forgalomban lévő oxigénkibocsátó anyagok
használhatók a biológiai bomlás gyorsításához. Ez az eljárás olcsóbb, mint bármelyik aktív (nem természetes) eljárás. A megfelelő költséghatékony kármentesítő eljárás kiválasztásakor tekintetbe kell venni a kockázatnak megfelelő célokat, amelyek az adott helyszín geológiai és hidrogeológiai adottságaitól függenek, a szennyezés természetét és mértékét, a szennyező anyagok fizikai tulajdonságait, az árakat, a helyszín jelenlegi rendeltetését, a megvalósítás során a biztonságot, a törvényes előírásokat és a helyszín jövőbeli rendeltetését. Az alábbi példák szemléltetik a jelenleg rendelkezésre álló talajtisztítási technológiák alkalmazásait, lehetőségeit és korlátait.
A triklór-etilén (TCE) kémiai oxidációja Az adott helyszínt korábban elektronikai készülékek csatlakozóinak gyártására, szerelésére és tisztítására használták. A telepet az 1980-as évek végén zárták be, ezt követte a szennyezettség felmérése és a kármentesítési program. A talajvíz vizsgálata kimutatta, hogy a TCE koncentrációja a felszín alatti vékony kőzetekben létesített kutakban elérte a 160 000 g/l értéket. A tetraklór-etilén (PCE) és a cis-1,2-diklór-etilén (DCE) (a TCE és PCE bomlásterméke) kismértékű jelenlétét is kimutatták a talajvízmintákban. A TCE-szennyeződés kiterjedését a felszín alatti kőzet talajvizében, a kőzetrepedés természetét és a szennyezés lehetséges terjedését hidraulikai vizsgálatokkal mérték fel. A vízbefecskendezési vizsgálat (Packer test), a talajvíz analízise révén, segítséget nyújtott a hidraulikus kapcsolat felderítéséhez a próbafúrás és a felszín alatti kőzetbe fúrt többi monitoring kút között. A törési zónákból vett minták alapján meghatározták a TCE-koncentrációt. A TCE-szennyezés csökkentésére több technológia felhasználása felmerült, így: a kémiai oxidációé nátrium-permanganát befecskendezése és recirkulációja révén; kémiai oxidáció ózon bevezetésével; az ellenőrzött természetes csökkenés; a fokozott bioremediálás; a talajvíz kivonása és kezelése. A helyi viszonyok és követelmények tekintetbevételével a nátriumpermanganát felszín alatti kőzetbe való befecskendezését és recirkulációját választották. E döntés mellett szólt a szükséges berendezés viszonylag alacsony ára, ez az eljárás idézi elő a legkisebb zavart a helyszínen, lehetővé teszi a TCE in situ ártalmatlanítását rövid idő alatt, nem igényel további berendezéseket az újabb környezetszennyezés kezeléséhez.
A várható hőmérséklet és pH-érték mellett a permanganát a következő reakciókba lép a szennyezésekkel: Tetraklór-etilén (PCE): C2Cl4 + 2MnO4 = 4Cl- + 2CO2 + MnO2 (ppt)1 Triklór-etilén (TCE): C2HCl3 + 2MnO4 = 3Cl- + 2CO2 + H+ + MnO2(ppt) cis-1,2-diklór-etilén (DCE): 3C2H2Cl2 + 8MnO4 = 6Cl- + 6CO2 + 2OH- + 8MnO2(ppt) + 2H2O Jelenleg 5%-os nátrium-permanganát oldatot adagolnak a TCEforrás közelében az alapkőzetben lévő besajtoló kúton keresztül. Az oxidálószerek bevitelét a szennyezőforráshoz növelték oly módon, hogy az alapkőzetben lévő kutakból a talajvizet a TCE forrásterületéhez szivatytyúzták, és visszavezették az alapkőzethez. A besajtolást követő, a kutakból származó monitoring adatok szerint a TCE koncentrációja a bázisértékről (9200–180 000 mg/l) az analitikai laboratóriumi módszerekkel kimutatható határ (0,1–1 mg/l) alá csökkent. Kétfázisú szénhidrogén-visszanyerés és kezelés Kőolaj-visszanyerő és vízkezelő üzemet hoztak létre a könnyű, nem vízfázisú folyadékkal (light non-aqueous phase liquid – LNAPL) és kőolajmaradékokkal szennyezett talajvíz kezelésére egy használaton kívüli autógyár helyén. A vizsgálatok szerint a gyár közelében lévő monitoring kutakban az LNAPL elérte az 1 m-t és a talajvíztükör kőolajjal szennyezett. A kármentesítés kilenc lehetőségét vizsgálták meg, végül a kétfázisú kőolajvisszanyerés és a talajvízkezelés mellett döntöttek. Hatékonyan működő rendszerben a talajvíz helyreállítási sebességének el kell érni azt az értéket, amely biztosítja a talajvízben oldott szennyező anyag hidraulikus szabályozását és az LNAPL hatékony megfogását. A hidraulikus szabályzás kritikus jelentőségű, mert ha ez nem valósul meg, a szennyező anyagok veszélyeztethetik a szomszédos nedves élőhely élővilágát.
1
ppt (part per trillion) = rész per 1012
Három, 20 cm átmérőjű termelőkutat létesítettek az LNAPL kinyerésére és a szennyezett talajvíz szivattyúzására. Minden kútban volt egy a talajvíz visszanyerésére szolgáló szivattyú és egy oleofil membránnal ellátott szivattyú az LNAPL szelektív visszanyerésére. A kezelőrendszer a termék visszanyerésére szolgáló tartályból, víz/olaj elválasztóból, szállítótartályból, átszivattyúzó szivattyúkból, zsákszűrőkből, vegyszer-befecskendező rendszerből (komplexképző szer és biocid), szűrőkből és két szemcsés aktív szenet (granular activated carbon – GAC) tartalmazó edényből áll. Az összegyűjtött LNAPL-t más helyszínen újrafeldolgozzák. A kezelt talajvizet a környezetvédelmi előírásoknak megfelelően kibocsátják egy közeli vízfolyásba. A költséghatékony működés érdekében az áramlási sebességet, a nyomást, a tartályokban a folyadék szintjét egy szabályozó rendszerbe táplálták, amely lehetővé teszi a rendszer távmonitoringját és távműködtetését. A működési körülmények monitoringja és változtatása a szabályzóegységgel a helyszínen vagy távolból interneten keresztül történhet. A rendszer teljesítményének javítását teszi lehetővé, hogy a működtetők naponta kapnak jelentést. A rendellenes körülményeket a rendszer regisztrálja, és bizonyos körülmények között (pl. a folyadékszint túl magas a tartályokban, vagy a nyomás túl magas) a rendszer automatikusan leáll. A távszabályozás azt jelenti, hogy a helyszínre csak hetenként kell kimenni a rutinfeladatok és a karbantartás elvégzésére – ez csökkenti a költségeket. Korábbi ipari hulladéklerakó kármentesítése Egy korábbi ipari hulladéklerakó bezárása alapos kármentesítési program megvalósítását igényli. 12 acre2 területű hulladéklerakót veszélyes anyagok és ipari hulladék tárolására használtak, a lerakott réteg mélysége elérte az 50 m-t. A szomszédos vizes élőhelyeken a lerakóhelyről származó szennyező anyagokat, elsősorban poliklórozott bifenileket (PCB), többgyűrűs aromás szénhidrogéneket (PAH) és ólmot észleltek a talaj felszíni és felszín alatti rétegében, amelyeket a korábbi lerakóhelyen átfolyó patak sodort oda. A talajvízben illékony szerves vegyületeket (VOC), így benzolt, 1,2diklór-etilént, triklór-etilént, etil-benzolt, klór-benzolt és vinil-kloridot találtak. 2
1 acre = 404 687 m2
Fokozatos helyreállítási programot dolgoztak ki, amelynek során kiemelték és kezelték a talajt, a volt telep fölé záróréteget helyeztek, a talajvizet összegyűjtötték és kezelték. A PCB-vel és PAH-hal szennyezett talajt kiemelték, megszilárdították, stabilizálták és a hulladéklerakó területén elhelyezték, a hulladéklerakót befedték. A talaj 1900 m3 üledéket is tartalmazott a szomszédos vizes területről, amelyet kiemeltek vagy kikotortak, víztelenítettek, megszilárdítottak és stabilizáltak. A méretek miatt a teljes lerakóhelyet nem lehetett kezelni. Ezért egy áthatolhatatlan réteget helyeztek fölé, hogy csökkentsék a megszilárdított talaj és üledék, valamint az alattuk lévő hulladék mozgását. A fedőréteg az eső behatolásának megakadályozását és a szennyező anyag elszivárgásának csökkentését is szolgálja. Egy szellőzőréteget is elhelyeztek, ez biztosítja a fejlődő gázok távozását. Az 1. ábra a fedőréteg keresztmetszetét szemlélteti.
6 hüvelyk* a felső talajréteg 30 hüvelyk védőréteg
szintetikus vízelvezető réteg 40 mm szintetikus membrán
12 hüvelyk szemcsés gázelvezető
geoszintetikus agyagbélés
szennyezett depónia * 1 hüvely = 2,54 cm
1. ábra A lerakóhely fedőrétegének keresztmetszete Hat 70 m mély kutat fúrtak a talajvíz kiszivattyúzására. Ezenkívül egy sekély gyűjtőárkot és két további nem mély kutat fúrtak a felszíni talajvíz kinyerésére, cementfalat építettek, hogy megakadályozzák a talajvíz elfolyását.
Helyszínen lévő üzem kezeli az aktív és passzív gyűjtőrendszerek által kinyert talajvizet. A fémek eltávolítását koagulációval/flokkulációval és szűréssel végzik. A folyamat során keletkező iszapot víztelenítik és más helyszínen rakják le. A vízben levő szerves vegyületek, így a PCB-k és a VOC-k elbontásához az UI-fénnyel való besugárzást kombinálják ózon és hidrogén-peroxid keverékének adagolásával. Végül a kezelt talajvizet a szennyvízcsatorna-rendszerbe bocsátják. A fenti kármentesítés megvalósítása után a szomszédos vizes terület rehabilitációját hajtották végre – ez ma golfpálya. A talajvíz monitoringja és kezelése belátható ideig folytatódni fog. Összeállította: Schultz György McGibbon, K.; Doull, J.: Restoring contaminated land. = TCE The Chemical Engineer, 2004. 760. sz. p. 50–54. Vandenhove, H.; Thiry, Y. stb.: Short rotation coppice for revaluation of contaminated land. = Journal of Environmental Radioactivity, 56. k. 1–2. sz. 2001. p. 157–184. Rivett, M. O.; Petts, J. stb.: Remediation of contaminated land and groundwater experience in England and Wales. = Journal of Environmental Management, 65. k. 3. sz. 2002. júl. p. 251–268.
