KÖRNYEZETI KOCKÁZATMENEDZSMENT

KÖRNYEZETI KOCKÁZATMENEDZSMENT Talaj- és talajvíz remediációs technológiák Talajmosás, termikus eljárások, sztrippelés, PRB Molnár Mónika, Feigl Viktória

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék

ELŐADÁS TEMATIKA  Előkezelés

 Talajmosás  Termikus eljárások

 Sztrippelés  PRB

Page  2

ELŐKEZELÉS  Szemcseméret szerinti frakcionálás

 Ex situ, fizikai  Elvi alap, cél → ?

 Folyamatok – Szitálás – Szuszpenzió  mosó rendszer

– Többfokozatú mosás – Osztályozás (ülepítés, vagy flotáció)

– Szennyezett (agyag, iszap) frakció kezelése

Page  3

Talajmosás

Page  4

Page  5

Vizes talajmosás  Ex situ, fizikai  Szennyeződés lemosása a felületről

 + mechanikai energia alkalmazása (erős vízsugár, forgódobos osztályozók, nagynyomású sugárcső)  + adalékok

Page  6

http://www.atkinsglobal.com/en-gb/media-centre/features/enabling-olympic-park

Termikus folyamatokon alapuló talajremediáció

Page  7

Termikus folyamatokon alapuló talajkezelési technológiák

pnecorp.com http://www.gencor.com/index.php?page=soil-remediation-plants

http://www.gencor.com/index.php?page=soil-remediation-plants Page  8

Termikus folyamatokon alapuló talajkezelési technológiák  Ex situ, in situ  Széles hőmérséklettartomány

 Gőz, meleg levegő, elektromos erőtér, rezgések  40-50 oC-ig - a biológiai folyamatok intenzifikálása – Cél?  100–600 oC hőmérséklettartomány:deszorpció intenzifikálása, – elsősorban ex situ technológiai megoldásokban, zárt reaktorokban

 Égetés, pirolízis  Vitrifikáció Page  9

Szennyező-anyag kémiai tulajdonsága

Talaj szilárd fázisa

Talajvíz

Bioremediáció Talajgőz kiszívása és felszíni kezelése Termikus deszorpció

Bioremediáció Sztrippelés ISCO

Vízoldható

Bioremediáció Fitoremediáció Talajmosás Elektrokinetikai eljárások

Bioremediáció Fitoremediáció Talajvíz kiszívás & felszíni kezelés Aktív résfalak ISCO

Szorbeálódó

Bioremediáció Biológiai kioldás Fitoremediáció Extrakció Szemcseméret szerinti frakcionálás Termikus deszorpció Talajégetés/Pirolízis Vitrifikáció Elektrokinetikai eljárás

Illékony

Page  10

Bioremediáció Talajvíz kiszívás és felszíni kezelés

Talajlevegő Bioremediáció Talajgáz kiszívása és felszíni kezelése Bioremediáció Talajgőz kiszívása és felszíni kezelése

Bioremediáció Talajgáz kiszívása és felszíni kezelése

Mobilizáción alapuló eljárások

Szennyezőanyag kémiai tulajdonsága


Talajvíz

Gázadszorpció szilárd fázison Kémiai immobilizáció

Biológiai immobilizáció Kémiai immobilizáció

Vízoldható

Biológiai immobilizáció Fitostabilizáció Szorpció növelése Kémiai oxidáció/redukció Fizikai-kémiai stabilizáció

Biológiai immobilizáció Rhizofiltráció Szorpció növelése Kicsapás, oldhatóság csökkentése Kémiai ox./redukció

Szorbeálódó

Biológiai immobilizáció Fitostabilizáció Szorpció növelése Kémiai ox./redukció Fizikai-kémiai stabilizáció Vitrifikáció, kerámiába ágyazás

Biológiai immobilizáció Rhizofiltráció Szorpció növelése Kicsapás, oldhatóság csökkentés Kémiai oxidáció/redukció

Illékony

Page  11

Talajlevegő Izoláció Kémiai immobilizáció

Izoláció Fizikai-kémiai immobilizáció (kicsapás, szorpció növelése)

Immobilizáción alapuló eljárások

Termikus deszorpció és égetés

www.tdxassociates.com

Page  12

Termikus deszorpció  Alacsony hőfokú: 100-300 o C-on - a víz és az illékony szerves szennyezőanyagok elpárologtatása. - A vivőgáz vagy a vákuum rendszer elszívott gőzök továbbítása

- a szerves szennyezőanyag leválasztása (ciklonok, aktív szenes, vagy más tölthető adszorberek, szűrők) és égetés (vagy biológiai bontás)  Magas hőfokú: 300-600o C-on - a víz és a magasabb hőfokon illó szerves szennyezőanyagok elpárologtatása. A vivőgáz vagy a vákuum rendszer továbbítja az elszívott gőzöket a kezelő rendszerbe.

 Biológiailag nehezen bontható szénhidrogén (kátrány, nehéz olaj, pakura és CH maradékanyagok,stb.), vegyi szennyeződések (klórbenzol, stb.) és peszticidek ártalmatlanítására. 2525  < 25 mm Page  13

Termikus deszorpció

http://emis.vito.be/techniekfiche/concept-ex-situ-soil-remediation?language=en

http://www.tdxassociates.com/

• Előnyök • Hátrányok http://emis.vito.be/techniekfiche/concept-ex-situ-soil-remediation?language=en

Page  14

Égetés  700-1200 o C-on, ártalmatlanítás, hasznosítás.  Gőzök és a füstgázok kezelése  A képződő égéstermékek az eredeti hulladéktól teljesen eltérő tulajdonságúak lesznek: veszélytelenebbek és könnyebben kezelhetők.  Maradék kezelése  Égetés hőkezeléssel / termeléssel történő termék-előállító folyamatban. Ilyen a cement-, üveg- vagy téglagyártás, vagy a hőerőmű.

Page  15

Égetés

Page  16

http://wwrequip.com/blog/equipment-specials/soil-remediation-equipment-specials/

Hulladékégetés A hulladékégetés előnyei:  térfogat/tömegcsökkentés után (kisebb anyagmozgatás, kisebb elhelyező terület, földhasználat szükséges)  energiatermeléssel jár, a keletkezett hő hasznosítható,  közegészségügyi szempontból a leghatékonyabb, a kórokozók elpusztulnak. A hulladékégetés hátrányai:  másodlagos környezetszennyezés (légszennyezés, pernye, salakelhelyezés problémái)  ökológiai szempontból kedvezőtlen, mivel a termikusan bontott anyag kikerül a természetes körforgásból  beruházási és üzemeltetési költségei lényegesen magasabbak a hagyományos eljárásoknál (komposzt, biogáz, lerakás ?) Page  17

Pirolízis  A szerves szennyezőanyagok lebontása magas hőfokon oxigén jelenléte nélkül  Teljesen oxigénmentes környezet biztosítása nem lehetséges (bizonyos mértékű oxidáció)

 Illékony komponensek esetében termikus deszorpció is lejátszódik.  A pirolízis során keletkező gázok éghetőek, mint pl. a szénmonoxid, hidrogén, metán, és egyéb szénhidrogének.

 A keletkező gázok további kezelést igényelnek, pl. másodlagos égető kemence, részleges kondenzáció.

Page  18

www.enfo.hu

A hőbontás (pirolízis) alaptípusai: - kis- és középhőmérsékletű eljárások (450-600 °C) - nagyhőmérsékletű eljárások (800-1100 °C) - nagyhőmérsékletű salakolvasztások eljárások (>1200 °C) A salakolvasztásos eljárás célja a gáznemű végtermék-kihozatal növelése, másrészt a környezettel szemben teljesen közömbös, kiégett maradékanyag biztosítása (az olvasztott salakgranulátum gyakorlatilag bárhova lerakható) A végtermék hasznosítható: - energiahordozóként - vegyipari másodnyersanyagként - egyéb célokra …

Page  19

Pirolízis - végtermék hasznosítása A pirolízis során keletkező végtermék

http://www.naturzona.hu

• elsősorban energiahordozóként (fűtőgáz, tüzelőolaj, koksz), • ritkábban vegyipari másodnyersanyagként (pl. a gázterméket

szintézisgázzá konvertálva metanol előállításához) és • esetenként egyéb célokra (talajjavítás szilárd, szénben dús maradékkal; fakonzerválás vizes maradékkal; granulált salakolvadék építőipari adalékanyagként stb.) hasznosítható. •BIOSZÉN… Page  20

Vitrifikáció  A szennyezett talajt magas hőmérsékleten megolvasztják (üvegszerű amorf, vagy kristályos szilárd anyag)  1200°C-on (fosszilis tüzelőanyagok elégetésével vagy elektromos úton) a hulladékokból és a szilikátokból olvadékot képeznek.  Ex situ, in situ  Eredményes - ha a szerves szennyezőanyagok a magas hőfokon deszorbeálódnak, és/vagy elégnek, a toxikus fémek pedig teljesen megkötődnek.  Megfelelő előkezeléssel és adalékanyagokkal értékes építőanyag (kerámia, díszkavics, stb.) állítható elő.

Page  21

Vitrifikáció  Célja: a talajban található szennyező anyagok, mint például nehézfémek, radioaktív maradványok vagy peszticidek megkötése és ezáltal ártalmatlanítása.  A szerves anyagok bomlása - leválnak a talajkolloidról és/vagy elégnek, a melléktermék-képződés minimális.  A toxikus fémek immobilisakká válva beépülnek az üvegszerű szerkezetbe.  A termék stabil és ellenálló lesz - az olvadékot el lehet helyezni megfelelően kialakított depóniákban.

Page  22

Vitrifikáció - Alkalmazhatóság Ha a talajnak magas a szilikát tartalma és ha a talaj szilárd fázisa a szennyezett, ezeken kívül, szennyezőanyagnak kémiai tulajdonsága szerint szorbeálódónak kell lennie.  Alkalmazható a talaj és az üledékek mélyebb rétegeiben, hozzáférhetetlen helyeken is.

A szennyezőanyagok szilárd vagy folyadék halmazállapotúak lehetnek, valamint magas és alacsony víztartalmú iszapok vagy gyúlékony anyagok is. A módszer nehézfémek és radioaktív anyagok immobilizálására, egyes szerves szennyezőanyagok eltávolítására (mobilizálására) alkalmas. Page  23

Vitrifikáció - ábrák

In situ vitrifikáció

Page  24

Megszilárdult olvadék

Vitrifikáció - SWOT analízis - Erősségek: alkalmazható mind ex situ mind in situ megoldásként. - Gyengeségek: a magas talajvízszint és a magas olvadáspontú talajalkotók jelenléte gátolja az üvegesedési folyamat lejátszódását, drága talajremediációs technológia, a felszabaduló gázokat kezelni kell. - Lehetőségek: a keletkezett szilárd olvadék felhasználható kerámiatermékek, tetőfedő cserép és kültéri burkolólapok valamint gyöngykavics-szerű kerámiaanyag készítésére. - Veszélyek: az eljárás során esetlegesen felszabaduló mérgező gázok, a keletkezett szilárd olvadék magas toxikus fém vagy radioaktív anyag tartalma.

Page  25

Vitrifikáció - Konkrét megvalósítás  Michigan-ben, a Parsons Chemical vegyi üzem területén alkalmazták az in situ vitrifikációs eljárást. A kivitelező a Geosafe Corporation cég volt.  9 olvasztó cellát használtak, amelyek egyenként kb. 8X8 méter széles és kb. 5 méter mély gödrök voltak.  A kezelés során peszticideket, dioxinokat és nehéz fémeket távolítottak el a talajból.  Az összköltség körülbelül 800 000 USD volt.  Nagyjából 2300 m3 talajt tisztítottak meg az üzem területén.

 További információ: http://costperformance.org/profile.cfm?ID=212&CaseID=212

Page  26

In situ vitrifikáció

 In situ  Kijövő gáz kezelése Page  27

A kevésbé szennyezett területen kezeltük az MTE-4, MMF-3 és MMF-4 kutakat, termelokútként az MTE-5 és MTE-7 kutakat használtuk. Az MTE-5 kutat 4 nap termeltetés után 2-szer kezeltük. Az MTE-3 és MTE-2 kutakat felváltva kezeltük vagy termeltettük. A kezelés foszforsavval savanyított talajvízbe kevert hidrogénperoxid oldat adagolását jelentette. A kezelés ideje alatt a termelıkutakat nem szivattyúztuk.

Page  28

Forrás: http://www.hanford vitplant.com/projec t/our_solution/

SZTRIPPELÉS

Page  29



Illékony


Vízoldható


Szorbeálódó


Page  30

Talajvíz Bioremediáció Sztrippelés Bioremediáció Fitoremediáció Talajvíz kiszívás & felszíni kezelés Aktív résfalak




SZTRIPPELÉS

• Tálcás rendszer Monroe Environmental Corporation, Monroe, MI

Page  31

 Töltött torony

Sztrippelés (elv)  Mobilizáción alapul

 Kigőzölésen, illetve kihajtáson alapuló környezetvédelmi technológia  Illékony, vagy vízgőzzel illó szerves szennyezőanyagok eltávolítására alkalmaznak ipari szennyvizek, szennyezett felszíni és felszín alatti vizek kezelésekor.

www.itenviro.hu

 A szennyezett levegőt a felszínre szivattyúzás után a szennyezőanyag függvényében kezelni kell: – adszorpció, abszorpció, katalitikus

égetés, bioszűrők

Page  32

http://wb.hu/zabrak/szolg.htm

Sztrippelés ex situ megoldásai  Levegőztető (sztrippelő) toronyba vagy tartályba vezetik.  Diffúz, tálcás vagy esőztető levegőztetés érintkezési felületet és sebesség növelése  A tartózkodási idő növelése - az oszlop kivitelűeknél töltettel, a tartályoknál terelőlemezekkel  Fix és mobil forma, működtethetőek szakaszosan, vagy folytonosan.  Alternatív megoldásként meleg levegőt vagy gőzt is alkalmaznak.

Page  33

http://www.envirotools.hu/EZ%20Tray%20talcas%20sztrippelo.htm

Page  34

Sztrippelés in situ megoldása  In situ sztippelésre is van megoldás, speciálisan kiképzett kútban történhet a szennyezett talajvíz kezelése.  A két szinten szűrőzött vákuumkút vizébe levegőt injektálnak.

 Az illékony komponens gázfázisba kerülése a kútban játszódik le.  A talajvíz az alsó és a felső szűrő között cirkulál.  A kezelt víz a légbefúvás miatt megemelkedett vízszint hatására a felső szűrőn keresztül jut vissza a vízadóba.  A levegőinjektor más adalékanyagok bejuttatására is használható.

Page  35

Sztrippelés in situ

Page  36

Kúton belüli sztrippelés (in situ) Alkalmazási korlátok:  Nagy koncentrációjú és nagy Henry-állandójú oldott szennyezések esetén hatékony;  Szűrők eltömődése - az oxidáció során keletkező különböző csapadékok Kis vastagságú vízadó rétegekben a rendszer hatásfoka korlátozott;  Karakterisztikus természetes áramlási rendszer esetén nem hatékony;  Ott hatékony, ahol a réteg rosszabb áteresztőképességű lencséket nem tartalmaz;  Lehatárolt szennyezés;  Úszó CH esetén a szennyezőanyag "szétkenése„ - NEM

Page  37

REAKTÍV RÉSFALAK (PRB)

Page  38

Reaktív résfalak (Permeable Reactive Barrier)

Page  39

Forrás: Adventus - http://www.adventusgroup.com/solutions/zviprb_design.shtml

Reaktív résfalak (Permeable Reactive Barrier)

Canyon de Valle – www.lanl.gov

Page  40

http://www.st-ma.com/prb.html

Szennyező-anyag kémiai tulajdonsága


Talajvíz


Bioremediáció Sztrippelés ISCO Reaktív résfalak

Vízoldható


Bioremediáció Fitoremediáció Talajvíz kiszívás & felszíni kezelés Reaktív résfalak ISCO

Szorbeálódó


Illékony

Page  41






Talajvíz

Gázadszorpció szilárd fázison Kémiai immobilizáció

Biológiai immobilizáció Kémiai immobilizáció Reaktív résfalak

Vízoldható

Biológiai immobilizáció Fitostabilizáció Szorpció növelése Kémiai oxidáció/redukció Fizikai-kémiai stabilizáció

Biológiai immobilizáció Rhizofiltráció Szorpció növelése Kicsapás, oldhatóság csökkentése Kémiai ox./redukció Reaktív résfalak

Szorbeálódó

Biológiai immobilizáció Fitostabilizáció Szorpció növelése Kémiai ox./redukció Fizikai-kémiai stabilizáció Vitrifikáció, kerámiába ágyazás

Biológiai immobilizáció Rhizofiltráció Szorpció növelése Kicsapás, oldhatóság csökkentés Kémiai oxidáció/redukció

Illékony

Page  42

Talajlevegő Izoláció Kémiai immobilizáció Izoláció Fizikai-kémiai immobilizáció (kicsapás, szorpció növelése)

Reaktív résfalak (PRB-k) Passzív technológia:  Nincs szükség energia-befektetésre(szivattyúk vagy injektorok használatára)  a talajvíz áramlási irányára merőleges árkot használ, melybe alkalmas reaktív anyagot helyeznek és amelyen a talajvíz átáramlik  a felszín alatti vizet a felszíni és felszín alatti szintkülönbségek juttatják át a résfalon

 a megépítését követően kezeléséhez, fenntartásához rendszeres, de kis gyakoriságú fenntartási munka szükséges

Page  43

Reaktív résfalak (PRB-k)  Felszín alatti áteresztő reaktív falak  in situ  Szennyezőanyag ártalmatlanítása – a reaktív résfal töltete végzi- a szennyezett víz keresztüláramlik a reaktív falon (immobilizáció, mobilizáció)

 Geokémiai barrier  Szennyezőanyagok: szénhidrogének, aromás szénhidrogének, különböző nehézfémek  A töltet ártalmatlanító hatása alapulhat: – fizikai (adszorpció) – kémiai (oxidáció, redukció, kicsapás, stb.) – biológiai (biológiai kicsapás, lebontás) folyamaton Page  44

PRB - építési típusok Leggyakoribb típusok (klasszikus): 1. Folytonos permeábilis reaktív falak 2. Tölcsér és kapu (funnel and gate) 3. Injektálás vagy „mixed in place”  Az in situ falak méretezése, pl. a fal hosszúsága, permeabilitása, a reakciós zónák száma és elrendezése függ a talaj heterogenitásától, a talajvíz áramlási sebességétől és áramlási irányától  A reaktív fal megépítéséhez alapos helyszíni vizsgálat szükséges a hidrológiai, kémiai és geokémiai viszonyok tisztázására.

Page  45

PRB –Klasszikus típusok Folytonos reaktív fal

„Funnel and gate „

(terelőlemezek+kapu)

Klasszikus PRB építési módok a) Folytonos fal b) Tölcsér és kapu (F&G) (Roehlet al. 2005a) Page  46

PRB - Klasszikus típusok 1.1. Folytonos permeábilis reaktív falak nem szigetelő résfal- a víz akadálytalanul áramlik át egész térfogatuk reaktív anyagot tartalmaz A létesítés egy árok mélyítésével és feltöltésével történik, melynek során megfelelő résfal építési módszert alkalmaznak a reaktív fal hossza néhányszor 100 m-nél is nagyobb lehet a fal permeabilitása minimum tízszer akkora, mint a környező vízvezető rétegeké

. Page  47

PRB - Klasszikus típusok 1.2. Tölcsér és kapu (funnel and gate)  a falnak csak egy része áteresztő reaktív zóna (gate), míg a többi rész szigetelő résfal (funnel)  a reaktor anyaga időszakosan cserélhető  nagy kiterjedésű szennyezőforrásoknál több párhuzamosan kapcsolt kaput ill. reaktort lehet létesíteni.

.

Page  48

PRB - Klasszikus típusok 1.Injektálás vagy „mixed in place”  A reaktív anyagokat a talaj vízvezető rétegébe → a talajvízzel együtt mozognak.

 Folyékony vagy gázhalmazállapotú oxidálószereket vagy kicsapó reagenseket juttatunk a vízvezető rétegbe.  Például FeC13-oldat injektálása egy mésztartalmú vízvezető rétegben amorf Fe(III)oxihidroxidokból álló reaktív zónát hozhat létre, amely szorpciós barrierként funkcionálhat nehézfémek, pl. urán, molibdén és egyéb szervetlen szennyezőanyagokkal szemben.

Page  49

Reaktív anyagokkal szemben támasztott követelmények – Hosszú távú kémiai reaktivitás a szennyezőkkel szemben – Ne legyen mérgező – Fizikai stabilitás a hosszú távú permeabilitás biztosítására – Ne legyenek drágák  A leggyakrabban használt anyag, amely ezeknek az követelményeknek megfelel, az elemi vas, Fe0

Page  50

Reaktív anyagok típusai 1. 1. A pH-érték vagy a redoxpotenciál megváltoztatása.  Ez befolyásolja a pH vagy redox-érzékeny anyagok oldhatóságát vagy a lebontás sebességét.  Pl.: a illékony halogénezett szénhidrogének abiotikus lebontása elemi vassal. 2. Ásványfázisok kicsapása és a szennyezőanyagok immobilizálása.  Hidroxiapatittal Ca10OH2(PO4)6 való kicsapás – pl. ólomszennyezés.  A hidroxiapatit oldási folyamata megemeli a foszfátkoncentrációt, ami a nehezen oldható ólomfoszfát kicsapását eredményezi.

Page  51

Reaktív anyagok típusai 2. 3. Szennyezőanyagok szorpciója.  Hidrofób, szerves szennyezőanyagoknál például aktívszenet használnak szorbensként,.  Szintetikus ioncserélők vagy zeolitok a talajvízben lévő ionos szennyezők (pl. fémek) eltávolítására alkalmasak. 4. Tápanyag bejuttatása a talajba a reaktív anyagok segítségével. Javítja a mikroorganizmusok létfeltételeit. 5. „Biofilter” - tőzegmoha

Page  52

PRB-k alkalmazási példái  2005-ig körülbelül 200 reaktív fal épült szerte a világban-ebből csak az USA-ban 120  Európában belül Németországban jelentős a számuk. Néhány példa: – Denkendorf (ipari park) – Reichenbach (gépgyár) – Rheine (tisztító és mosoda) – Tübingen (ipari terület)

 Magyaroszágon 2002-ben Pécs közelében épült, a mecseki uránbányászat által szennyezett talajvíz tisztítására Page  53

PRB - alkalmazás  PRB – elemi vassal  ERM, Geosierra Environmental Inc.  Lakóterület; Concord USA  http://www.youtube.com/watch?v=15J9yq-gEkk

 https://www.youtube.com/watch?v=OkiNIK1z4ck  http://www.perebar.bam.de/PereOpen/PerebarFrameset-0.htm Page  54

Irodalom - KÖRINFO adatbázis, www.körinfo.hu : E-tanfolyam – Gyakorlati alkalmazás - Talaj és felszín alatti víz környezeti kockázatának csökkentése; http://www.enfo.hu/drupal/hu/node/795 - Anton A., Dura Gy., Gruiz K., Horváth A., Kádár I., Kiss E., Nagy G.,

Simon L., Szabó P.: 1999. Talajszennyeződés, talajtisztítás, Környezetgazdálkodási Intézet, Budapest, 1-219. - MOKKA adatbázis, www.mokkka.hu : 457, 458 és az 519. számú adatlap

Page  55

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!

KÖRNYEZETI KOCKÁZATMENEDZSMENT

Recommend Documents