VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK
3.4 6.1
Ivóvízellátó kút fűtőolaj-szennyezésének felszámolása felületaktív anyagokkal segített szívó-nyomó vízöblítéssel Tárgyszavak: szénhidrogén-szennyezés; víztermelő kút; talajtisztítás.
Egy föld alatti fűtőolajtartály miatt elszennyeződött egy néhány tízezres lélekszámú francia város vízművének fő kútja. Ekkor legsürgősebb rendszabályként lezárták a kutat, kiemelték körülötte a szennyezett talaj nagy részét, és gondoskodtak az érintett lakosság ellátásáról, palackos vízzel. Ezt követően lezártak három további veszélyeztetett kutat és helyettesítésükre üzembe helyeztek egy hat ideiglenes kútból és két mozgó, aktív szenes tisztítóműből álló egységet, megtiltva vizük ivásra való használatát. Az intézkedéssorozat harmadik szakaszában teljesen meg kellett tisztítani az olajjal szennyezett föld alatti közeget. Ehhez gyors és helyi (in situ) eljárást kellett választani, amely helyreállítja a főkút teljes kapacitását, miközben úgy zárja körül, hogy más kutakat ne fenyegessen olajszennyezés. Mindezt figyelembe véve, az EUREKA speciális RESCOPP programja (Rehabilitation des Siles Contaminés par des Produits Pétroliers = Kőolajtermékekkel szenynyezett helyszínek helyreállítása) keretében három francia állami, ill. ipari intézmény által kidolgozott, a csövezést felületaktív anyagokkal (tenzidekkel) kombináló eljárás mellett döntöttek. A szennyezés meghatározása A 20–30 m vastag lencsékből álló durvább-finomabb kavicsos és homokos talajvízgyűjtő rendszer áteresztő képessége 0,05 és 0,3 m2/s között változik, hidraulikai gradiense kb. 5‰. A vízkivételi terület főkútja 6 m-es mélységből merít nyáron 250–550, télen 100–200 m3/h, három további kút 8–13 m-ről szivattyúz 500 m3/h összes, állandó teljesítménnyel. A hidrogeológiai viszonyok és a szennyezett területhatárok tisztázása céljából az olajömlés közelében 12 fúrást mélyítettek 6 m-ig és ott
piezométereket helyeztek el. Ezek segítségével megállapították, hogy a talajvíz szintje 2,5–3 m mélyen van és a kivételi hely felé áramlik. 30 talajmintában az összes szénhidrogének koncentrációját − 2,3 és 3,2 m között 1000–4000 mg/kg-nak, − 3,2 és 5,5 m között már jelentéktelennek (néhányszor 10 mg/kg) találták. A mérési adatokkal megrajzolt térkép szerint a szennyezés a főkút irányában terjedt, és elkészítésekor attól 40 m-re északkeletre helyezkedett el (1. ábra). A szennyezést pontosabban egy felszíni és egy mélyebbről szivatytyúzott minta alapján jellemezték. Az összes szénhidrogének koncentrációja − a levegő/víz határfelületen 0,1–60 µg/l, − a talajvízben oldva 100–3900 µg/l volt.
lépték:
a szennyezett terület határa a talajvíz áramlási iránya
JELMAGYARÁZAT piezométer a szennyezést kiszívó kutak az öblítő injektálás helye felszíni vízkivételi kút
a fűtőolajtartály helye
mélységi vízkivételi kút
1.ábra A szennyezett terep A fűtőolajtartály befogadóképességének (15 000 l), a kiürítésekor kivett olajtérfogatnak és valószínű elfogyasztott gázmennyiségnek az ismeretében a kezdetben a víztározóba jutott térfogatot 4500 literre becsülték, de ebből le
kellett vonni a lefejtett és kiszivattyúzott, valamint a 30 m3-nyi kiemelt talajban levő mennyiséget. Eszerint a víztározóban kb. 4000 l olaj maradt. A szennyező térfogat becslésének másik megközelítése a terep és a kivett minták mérési eredményeiből indul ki. 500 m2 területet, 0,5 m rétegvastagságot és átlagosan 2 kg összes szénhidrogént alapul véve ez a térfogat 4000, a mérések ismert (10%-os) hibáit beszámítva 5000 l. A szakirodalom szerint viszont levonásba kell helyezni a kapilláris tartományban és durva hordalékos rétegben elzárt mennyiséget, így a véglegesen becsült olajszennyezés ismét 4000 l. Kezelés felületaktív anyagokkal kombinálva – az eljárás elve és hatóanyaga A sürgősségi intézkedések után az olajszennyezés alábbi formáit kell megkülönböztetni: − szivattyúzással még kivonható csekély mennyiség, − a tömörödött övezetben cseppek formájában visszatartott olaj (a fő tömeg) és − a vízben oldott jelentéktelen mennyiség. Az eltávolításukra alkalmazott tenzides kezelésnek, amely ugyanazt az elvet követi, mint a nehezen, azaz csak bizonyos segítséggel hozzáférhető kőolaj kitermelése (harmadlagos), háromféle hatása van: mozgósítja és emulgeálja, ill. feloldja a maradék olajfázist, továbbá serkenti a lebontó baktériumok szaporodását. Az olajszennyezés annál hatékonyabban szüntethető meg, − minél nagyobb a talajinjektálás nyomása és − minél kisebb a víz/olaj határfelületi feszültség. Ezt a függést a tapasztalati úton levezetett dimenzió nélküli kapillárisszám, Nc jellemzi, amely kifejezi a mobilizáló viszkozitási és a visszatartó határfelületi erők viszonyát. Ez utóbbiak annál kisebbek, minél nagyobb Nc. A viszkozitás nehezen befolyásolható, a felületi feszültséget, azaz a víz és az olaj érintkezési szögét, viszont nagy mértékben módosítják az ismert tenzidek. Hatásuk konyhasó hozzáadásával még fokozható. Talajkezeléshez hagyományosan 5–10 g/l tenzidkoncentrációjú oldatból a megtisztítandó talajvíz térfogatának (vagyis a VP pórustérfogatnak) 2–10szeresét használják egymást követő nyomás–szívás, azaz injekció és szivattyúzás formájában. Az összegyűjtött olajos szennyvizet ülepítik, emulgeált részét biológiai vagy fizikai–kémiai kezelésnek vetik alá. A kezeléshez kiválasztott biológiailag lebontható RESOL 30 egy anionos (TA1) és egy nemionos (TA2) komponensből áll. Emellett a készítmény − nem mérgező, − vízben jól oldódik, de a szilárd fázissal nem reagál, − a víz/olaj határfelületi feszültséget 10–2 mN/m alá csökkenti.
A jó eredményről tanúskodik, hogy − a talaj olajtartalma 9,2-ről 1,7 g/kg-ra csökkent és − kromatográfiás vizsgálat alapján a könnyű, tehát vízben leginkább oldódó frakció eltűnt az olajból. Műszaki részletek A két felületaktív komponens és a só tömény oldatát két 15 m3-es tartályban készítették el (2. ábra), intenzív keveréssel. A keverő méretezéséhez az alábbi adatokat vették figyelembe: hálózati vízellátás
3
15 m tartály tenzides hordók
3
15 m tartály
előkeverő tartály 3 1m keverő szennyvíz (biológiai kezelésre)
szivattyús kutak talaj
injektálási gödör térfogatmérő adagolószivattyú pneumatikus keverőszivattyú pneumatikus továbbító szivattyú
2.ábra A felületaktív anyagokkal segített szívó/nyomó öblítés rendszere
− az oldatot négy, 400 mm átmérőjű, a talajvíztároló rétegig leérő csőből álló és az olajtartály kiemeléséhez ásott gödörbe telepített kúton át kell bepréselni, − talajtisztítás négy kútból, nyomó/szívó ciklusokban, − a kiszivattyúzott víz átmeneti tárolása 100 m3-es medencékben, majd elszállítása az e célra készített 6000 m3-es medencébe, ahol a kezelés történik. Hidraulikai kísérletek alapján az egész művelet megtervezésének alapjául 200 m3 pórustérfogatot, 1000 m3 tenzid/só oldatot, 40 m3/h injektálási és 70 m3/h szivattyúzási teljesítményt határoztak meg. A tisztítás végpontjául elfogadott kritériumok: − a felső talajvízréteg szénhidrogén-koncentrációja <10 µg/l, − az F2 és F5 kútnál az oldott szénhidrogének koncentrációjának állandó vagy csökkenő értéke (kezdeti koncentrációk: 2, ill. 4 µg/l.) A kezelés menete A tényleges tisztítás előtt 2-szeres pórustérfogatnyi tiszta vízzel végezték el a kétfázisú műveletet, hogy a rendszer telítődjék vízzel és stabilizálódjanak hidraulikai viszonyai. Ezt követte négy nap múlva a tenzides tisztítás három szakaszban, a kijelölt pontokra felosztva megfelelő teljesítmény- és időtartamprogram szerint. Minden tenzides műveletet hasonló tiszta vizes öblítés zárt le. Az egész akció lefolyását − az injektálási és a szivattyúzási teljesítmény mérésével, − piezometriás mérésekkel, valamint − négy fizikai-kémiai mutató: a szénhidrogén- és a tenzidkoncentráció, a KOI, a vezetőképesség meghatározása, valamint − a kiszivattyúzott szennyvíz szaglásos és vizuális ellenőrzése alapján követték. Eredmények A tisztítási folyamat részeredményei, ill. megfigyelései: − a tenzidek anyagmérlege igen jó: az injekcióval a talajba juttatott 5540 kg-ból 5180 kg kerül vissza a visszaszivattyúzott folyadékkal, − a szénhidrogén- és a tenzidkoncentráció időgörbéje hasonló lefutású (3. ábra), − a négy szivattyúzó egységnél a szénhidrogén-koncentráció 3 és 17 mg/l között változik, ami az egyszerű vizes kilúgozáshoz képest 1000szeres hatékonyságra utal, − szénhidrogénmérleg tanúsága szerint a fenti módszerrel 50 kg fűtőolajat távolítottak el a felszín alatti közegből, eszerint a megkötött olajfázis legnagyobb része a földben maradt.
HC
szénhidrogének (HC), mg/l
felületaktív anyagok (TA), mg/l
TA
óra
3. ábra Tenzid- és szénhidrogén-koncentrációk a művelet 2. és 3. szakaszában Ez utóbbi megállapítással kapcsolatban tisztázni kell, hogy a beavatkozás célja nem az elnyelt olaj tökéletes eltüntetése volt, csupán hatásának csökkentése az egészségre ártalmatlannak ítélt szintre, vagyis 10 µg/l alatti szénhidrogén-koncentrációra a főkútból származó vízben. A mennyiségi kromatográfiás eredmények szerint a legvízoldékonyabb, 20 szénatomnál rövidebb láncú frakció csaknem teljesen eltűnt, az ismert paraffinok pedig részben lebomlottak, ami a felületaktív anyagok bomlásfokozó hatásának tulajdonítható. Végül az oldható rész teljes eltűnéséről tanúskodnak a néhány hónap elemzési periódus végén kapott, a kimutathatóság határát megközelítő eredmények. A tisztítást lezáró és a normális vízszolgáltatást előkészítő intenzív, 550 3 m /h-s szivattyúzás nyomán szénhidrogénekkel bevont ásványi szemcsékből álló réteg megjelenése figyelmeztetett a főkút szomszédságában megmaradt szennyezésre. Az elemzési eredmények szerint azonban ez nem veszélyeztette az ivóvízminőséget. Egy év után a szénhidrogén ebből a rétegből is eltűnt, de a szemcsék megmaradtak (feltehetően mindig is megvoltak). Az ismertetett eredmények és megfigyelések alapján az egészségügyi hatóság engedélyezte a főkút használatát, de a korábbinál kisebb: − magas vízállásnál 300, − alacsonynál 150 m3/h-s kivétellel, napi szagpróba és havi vízszintmérés mellett. Összegző értékelésként megállapítható, hogy a felületaktív anyagokkal segített elszívásos–öblítéses technika olajszennyezés felszámolására kiváló, de sokoldalú – a hatóanyag-választással, a hidraulikai elhatárolással, a
szennyvízkezeléssel és a zavartalan folyamatos üzemeltetéssel kapcsolatos – szakértelmet igénylő technika. Érdemes megjegyezni, hogy hasonló arányú szennyezés esetén a legtöbb esetben új kivételi fúrással pótolják az ellátásból kiesett víztérfogatot. (Dr. Boros Tiborné) Ducreux, J., Cöme, J.-M.: Dépollution par injection de tensio-actifs d’un forage d’alimentation en eau potable contaminé par du fioul domestique. = L’Eau, L’Industrie, Les Nuisances, 2001. 240. sz. márc. p.41–52. Mushrush, G. W.; Wynne, J. H. stb.: A model study using fluorescein as a fluorescent probe for hydrocarbon contaminated groundwater. = Energy Sources, 23. k. 2. sz. 2001. febr./márc. p. 137–142.
