In situ gáz fázisú oxidálószer alkalmazási tapasztalatai BTEX, MTBE, TBA vegyületekkel szennyezett rétegvízben

In situ gáz fázisú oxidálószer alkalmazási tapasztalatai BTEX, MTBE, TBA vegyületekkel szennyezett rétegvízben Halmóczki Szabolcs, Dr. Gondi Ferenc, BGT Hungaria Kft.

2011. Március 17-18. KÁRMENTESÍTÉS AKTUÁLIS KÉRDÉSEI KSZGYSZ

A gázfázisú oxidációs félüzemi kísérlet célja Reaktív permeábilis zóna létrehozása gázfázisú oxidálószer besajtolásával, amely a felszín alatti környezetben a szennyezőanyag fluxus in situ csökkentésére szolgál elsősorban abiotikus úton.

Kezelt csóva

Permeábilis reaktív zóna Gócterület

3/22/2011

Oldott csóva

BGT Hungaria Környezettechnológiai Kft.

2. kép

Gázbesajtolásos („Sparging”) technológiák (Lundegard 1995)

3/22/2011


3. kép

CPT-MIP diagnosztika Földtani felépítés, BTEX vegyületek eloszlása

vízszint

3/22/2011


4. kép

Oldott szennyező anyagok A félüzemi kísérletek olyan rétegvízben történtek, amelyben a BTEX koncentráció tízezer µg/dm3 nagyságrendű, az MTBE koncentráció ezer µg/dm3 nagyságrendű, a TBA koncentráció több száz µg/dm3 nagyságrendű volt.

vegyület Benzol BTEX összesen Etilbenzol MTBE terc-Butanol Toluol Xilolok összesen

3/22/2011

mértékegység

µg/dm3 µg/dm3 µg/dm3 µg/dm3 µg/dm3 µg/dm3 µg/dm3

M3

M3/1

M3/2

szűrőzés: 13-16 m

szűrőzés: 9,5-12,5 m

szűrőzés: 6,5-9,5 m

9700 10421 439 1263 336 28 254

418 461 25 832 667 2,2 16

10 12 <1 774 124 1,2 <2


5. kép

MTBE fizikai-kémiai jellemzői 











Jól oldódik vízben  50000 mg/L (MTBE)  1780 mg/L (benzol) Alacsony Koc (kevésbé adszorbeálódik)  MTBE: 11 mL/g  Benzol: 80 mL/g Alacsony benzin-víz megoszlási hányados Kfw (hajlamosabb kilépni az önálló fázisból a vízbe)  MTBE: 15,5 mL/g  Benzol: 350 mL/g Alacsony Henry-konstans (oldatából nem hajlamos kipárolgásra)  MTBE: ~ 0,02  Benzol: 0,22 Gőznyomás (illékony saját fázisából)  MTBE: 200 Hg mm @ 20o C  Benzol: 76 Hg mm @ 20o C Alacsony retardáció (az MTBE terjedési sebessége közel egyezik a vízével)  MTBE: 1,05  Benzol: 1,6

3/22/2011


6. kép

A kísérletek helyszíne, tesztcellák elrendezése

3/22/2011


7. kép

Injektáló kutak kialakítása

3/22/2011


8. kép

Mi történik a felszín alatti vízben? A különleges besajtoló kutakban az ózon/levegő gázkeverék hidrogén peroxiddal kerül érintkezésbe, ennek során hidrogén-peroxid bevonatú ózon/levegő gázbuborékok keletkeznek. 

Az ózon és a hidrogén-peroxid reakciója során hidroxil gyök is keletkezik, amely a fluor után a legerősebb oxidálószer. 

Az in situ kezelés során a felszín alatti környezetben tehát három erős oxidálószer (hidroxil gyök, ózon, hidrogén-peroxid) egyidejűleg van jelen. 

A buborékok kis mérete miatt a reaktív fajlagos felület nagy. A gázbuborékokba a Henry törvény értelmében belépnek a szennyezőanyagok, minél nagyobb a Henry-állandójuk, annál intenzívebben (extrakciós mechanizmus). Ezzel egyidejűleg a gázfázisú ózon beoldódik a vízbe. Mindkét mechanizmus (extrakció és beoldódás) révén kapcsolatba kerül az oxidálószer a szennyező anyagokkal, és lehetőség nyílik a vegyi anyagok roncsolására. 

A buborékok kis mérete miatt a felhajtó erő következtében emelkedési sebességük kicsi, homok képződményben legfeljebb néhány mm percenként. Ez megnöveli a szennyező anyagok és a reagens érintkezési idejét, javítva ezzel az eljárás hatékonyságát. 

A hidroxil gyök és az ózon felezési ideje a felszín alatti vízben néhány óra, legfeljebb néhány nap, bomlástermékük azonban részben oxigén, amely a szennyezőanyagok aerob mikrobiológiai lebomlását támogatja. 

3/22/2011


9. kép

Gázbesajtolás különleges kialakítású injektálófejekből A mikroporózus szűrőn keresztül mikrométer tartományba (10-50 µm) eső FORMATION OFpréselődnek COATED MICROBUBBLES reaktív gázbuborékok a szennyezett felszín alatti vízbe Mikroporózus MICROPOROUS henger SCREEN

injektálófej

LIQUID (HYDROGEN PEROXIDE)

Folyékony GAS hidrogénperoxid (OZONE)

EXTERNAL COATED MICROBUBBLE MICROPORE SCREEN

Hidrogén-peroxid bevonatú gázbuborékok

GAS CENTRAL CHANNEL

GAS

SIZER Ózon-levegő FILTER gázkeverék

POROUS LIQUID-FILLED BEAD LAYER

US PATENT 6,436,285 3/22/2011


10. kép

Mi történik a hidrogén-peroxid bevonatú buborékban és környezetében?

H2O2

O2

•OH

Folyadék membrán

•OH O2

O3 O2

H2O2

O3

O2

Gáz fázis

H2O2

O3

O2 O2

•OH

•OH H2O2

O2

CO2, O2, H2O

Kémiai reakciók a folyadék és gáz fázisban is. 3/22/2011


11. kép

Kémiai reakciók

2O3 + H2O2 → 2OH· + 3O2 és egy sor egyéb mellékreakció.....

O3 + HO2- → O3- + HO2· szuperózon anion hidroperoxid gyök

O3- + H+ → HO3 Hidrogén-trioxid

3/22/2011


12. kép

Oxidálószerek – szennyező vegyi anyagok Oxidation Potentials Oxidants vs. Contaminants 3 2,8

Oxidation Potential (V)

2,5

2,8

: Aromatics

(poly). e.g. PAH 2,4

2

: Aromatics (mono). e.g. BTEX

2,1 1,8

1,7

1,5

C=C: Alkenes e.g. Chloroethenes

1,2

1

C-H: Alkanes e.g. Mineral Oil

0,5

R Fe nt on s

Pe ro zo ne

ea ge ns

) (g as 3 O

ol ec ul ar )

O

3

(m

H

2O

2

4 nO M

O

2

0

Available Oxidants

3/22/2011


13. kép

Gázfázisú oxidációs rendszer injektáló és monitoring kútjai

3/22/2011


14. kép

Gázfázisú oxidációs rendszer Vegyi anyag tárolás, elosztás, vezérlés

3/22/2011


15. kép

A gázfázisú oxidációs rendszer főbb elemei



Hidrogén-peroxid tartály



Oxigéntartály vagy oxigéngenerátor



Ózongenerátor



Kompresszor (légszárítóval és tartállyal)



Adagoló folyadékszivattyú



Kézi és távvezérelt szelepek, visszacsapó szelepek



Nyomásmérők, áramlásmérők, szintmérők



A rendszer főbb üzemeltetési paramétereit az üzemeltetőhöz közvetítő telemetriás rendszer (GSM)



Elektromos vezérlés



Speciális kialakítású injektáló pontok



Monitoring kutak.

3/22/2011


16. kép

Gázfázisú oxidációs rendszer Oxidálószer továbbítás a tesztcellához

3/22/2011


17. kép

A normál kísérleti üzem fő jellemzői 

ózon térfogatáram: 180 g/h,



oxigén felhasználás: 2 Nm3/h,



levegő térfogatáram: 30 Nm3/h



levegő nyomása: 4 bar



hidrogén-peroxid hígítás: 8 tömeg% (csapvízzel)



A hidrogén-peroxid oldat térfogatárama: 13 l/óra



A 7 darab injektáló pont 3 csoportra oszlott, a csoportok egymás után üzemeltek, mindegyik 20 percet, azaz egy óra alatt zajlott le egy üzemeltetési ciklus.



1560 m3 hűtővíz került felhasználásra (ózongenerátorok hűtése)



16 615 kWh villamos energiát használt fel a rendszer a teszt során

3/22/2011


18. kép

Gázfázisú oxidációs rendszer Monitoring és injektáló kutak, mintavételek

3/22/2011


19. kép

Kármentesítési hatékonyság a felszín alatti vízben 3 hónap üzemidő után BTEX, MTBE, TBA tekintetében

3/22/2011


20. kép

Terepi vízparaméterek idősora egy kiválasztott kútban

3/22/2011


21. kép

Szennyező vegyi anyagok idősorai egy háttérkútban

3/22/2011


22. kép

Szennyező vegyi anyagok idősorai az M6 jelű kútban

3/22/2011


23. kép

Eredmények Megállapítható, hogy a BTEX és TBA vegyületek esetében az oxidáció hatékonyabban ment végbe, mint MTBE esetén. 

Optimális üzemelés mellett már egy hónap folyamatos üzemelést követően is B határérték közelébe csökkenthető a tízezer mg/dm3 nagyságrendű BTEX koncentráció 

Az oxidáció hatékony távolhatása az injektáló pontoktól legalább 6 méterre tehető, ezen a távolságon belül 90-100 % közötti az oxidáció hatékonysága BTEX esetén. 

A teszt három hónapos időtartama során 1603 kg hidrogén-peroxid (ami 4045 liter 35 m/m %-os oldatnak felel meg) és 297,5 kg ózon került felhasználásra és besajtolásra a felszín alatti környezetbe. 

Érdemes megjegyezni, hogy az M3/1 és M3/2 kutak vízkémiai eredményeinek tanúsága alapján az oxidáció hatása az injektálási mélység feletti felszín alatti vízben is kimutatható egészen a talajvízig, tehát mintegy 10 m vastag vízoszlopon keresztül a köztes kisebb transzmisszivitású rétegek jelenléte ellenére is. 

3/22/2011


24. kép

A technológia alkalmazásának előnyei, hátrányai

Előnyök : 

In-situ szennyezőanyag lebontás



Nincs folyadék kitermelés és kezelés



Szerves szennyezők széles körét képes roncsolni



Nem képződnek a felszín felett veszélyes hulladékok



Automatikus üzem, telemetriás vezérlés

Hátrányok : 



Heterogén földtani szerkezetben problematikus lehet a kémiai információ egyenletes bejuttatása-eloszlatása Magas adszorbeált koncentrációk esetén előfordulhat az oldott koncentrációk ismételt emelkedése (rebound)



Szigorú biztonságtechnika/munkavédelmi intézkedések



Jelentős mértékű elektromos energia és hűtővíz felhasználás

3/22/2011


25. kép

Köszönetnyilvánítás Az előadás a Nemzeti Technológia Program „Élhető, fenntartható környezet” alprogramjának „Vegyipar és élhető környezet - Innovatív technológiák fejlesztése a Környezetvédelemben” című pályázat keretében végzett félüzemi kísérletek eredményeit, tapasztalatait mutatta be. (projekt azonosító: MOLTVKBA)

3/22/2011


26. kép

Köszönöm a figyelmet!

3/22/2011


27. kép

In situ gáz fázisú oxidálószer alkalmazási tapasztalatai BTEX, MTBE, TBA vegyületekkel szennyezett rétegvízben

Recommend Documents