Környezettudományi Doktori Iskola 2008/2009. évi beszámoló Háden Sándor, PhD hallgató, III. évf.
Kutatási téma: Víznél kisebb sőrőségő szabad fázisú szénhidrogén szennyezıdések (LNAPL) jellemzése felszín alatti közegben Témavezetı: Mádlné Dr. Szınyi Judit
Az elıadás tematikája
1. Kutatási helyzetértékelés
Célkitőzés Elvégzett feladatok Folyamatban levı kutatások Eredmények További feladatok, és azok ütemezése
2. Doktori iskolai tanulmányi elırehaladás 3. A doktori munkához kapcsolódó további feladatok
1. Kutatási helyzetértékelés
Célkitőzések 1. 2.
eloszlásának ának meghatározása Az LNAPL térbeli eloszlás Az önálló fázis mennyiség mennyiségének ének számítása (teljes, kitermelhetı, reziduális)
3. 4.
5.
A szabad fázisú szénhidrogén mobilitás mobilitásának ának meghatározása Kármentesítési technológiák méretezhetıség méretezhetısége, e, hozamszámítása, hozamszámítás a, hatékonyság hatékonyságának ának vizsgálata Kármentesítés idıbeli tervezhetısége tervezhetısége
Elvégzett feladatok 1.
Terepi vizsgálatok
Folyadékszintmérések • •
2.
vertikális egyensúly (Farr et al. ,1990; Lenhard & Parker, 1990) mély talajvízállású idıszak
Mintavételek
Bolygatatlan magmintavételek a talajból LNAPL mintavételek
Elvégzett feladatok 3. Laboratóriumi vizsgálatok Talajfizikai paraméterek meghatározása (MTA TAKI) • víztartási görbék (Várallyai (Várallyai--féle pF pF--box)
• reziduális víztartalom ((θ θr) • telített víztartalom ((θ θs) • szabadföldi vízkapacitás ((θ θfc), • száraz térfogatsőrőség ((ρ ρb(dry)), • teljes porozitás ((φ φt) • effektív porozitás ((φ φe), • víztelített szivárgási tényezı (Kws)
7.0 Log Capillary Pressure Head [log(cm)]
• van Genuchten függvény függvény--paraméterek (α, N, M)
Log Capillary Pressure Head vs. Volumetric Water Content Average 6.0 Measured 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0
Mean Squared Error, MSE
0.00060
Root Mean Squared Error, RMSE
0.02455
Correlation Coefficient, R
0.99190
Squared Correlation Coeff., R
0.0 0.00
0.10
2
0.20
0.98387
0.30
0.40
Volumetric Water Content, Θ [cm3/cm3]
0.50
Elvégzett feladatok 3. Laboratóriumi vizsgálatok
LNAPL fizikai tulajdonságainak meghatározása • Sőrőség ((ρ ρn) • Kinematikai viszkozitás ((µ µn, µw) • Felületi és határfelületi feszültségek (σ (σan , σaw , σnw)
4. Irodalmi input adatok feldolgozása
Reziduális LNAPLLNAPL-szaturációk a vadózus és a telített zónában (Snv , Snr) (CONCAWE, 1974; Mercer& Mercer&Cohen, 1993; Brost and Devaull, 2000; Charbenneau 2003) 2003)
Szemcsesőrőség (ρ (ρs) (HUNSODA, UNSODA, HYPRES, GRIZZLY)
Elvégzett feladatok Kiszámítottam az LNAPL felszínalatti közegbeli viselkedését jellemzı paramétereket
Fluidumszaturációk: St(z), Sw(z) → So(z) Brooks & Corey (1964), van Genuchten (1980), Lenhard & Parker (1987), Leverett (1941), Charbenneau (1999, 2003)
Fajlagos szénhidrogén térfogat: Charbenneau (2003)
Teljes: Dn Kitermelhetı: Rn
Relatív permeabilitások: kro(z), krw(z), krn
Szivárgási tényezı: Kn, Kn
Mobilitás: MnB, MnP, mr[nw]
Burdine (1953), Mualem (1976)
Bear (1972), Parker (1996)
Effektív szivárgási sebesség: vn
Eredmények Fluidumszaturációk
Relatív permeabilitások
Sw : Víztelítettség
4.0
Sen: Effektív olajszaturáció
3.0
ko eff: Olajra vonatkoztatott effektív relatív permeabilitás kw r: Vízre vonatkoztatott relatív permeabilitás
3.0
szabad fázisú szénhidrogén a kútban Sors: Reziduális olajszaturáció a telített zónában
2.0
kro: Olajra vonatkoztatott relatív permeabilitás
4.0
So: Olajszaturáció
szabad fázisú szénhidrogén a kútban Nyugalmi talajvíztükör
2.0
Zaw : nyugalmi talajvíztükör
1.0
Eleváció [m]
Eleváció [m]
Sorv: Reziduális olajszaturáció a telítetlen zónában
0.0 -1.0
1.0 0.0 -1.0
-2.0
-2.0
-3.0
-3.0
-4.0
-4.0 0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.0
0.2
Szaturáció [-]
Ko: Olajra vonatkoztatott szivárgási tényezı Ko eff: Olajra vonatkoztatott effektív szivárgási tényezı
4.0
3.0
Kw : Vízre vonatkoztatott szivárgási tényezı szabad fázisú szénhidrogén a kútban
3.0
Eleváció [m]
Eleváció [m]
0.0 -1.0
0.0 -1.0 -2.0
-3.0
-3.0
1.E-08
szabad fázisú szénhidrogén a kútban
1.0
-2.0
1.E-09
mr[nw ]: Bear-féle olaj/víz mobilitási hányados
2.0
1.0
1.E-10
1.0
Nyugalmi talajvíztükör
Nyugalmi talajvíztükör
1.E-11
0.8
Bear-féle mobilitási hányados
4.0
-4.0 1.E-12
0.6
Relatív permeabilitás [-]
Szivárgási tényezık
2.0
0.4
1.E-07
Szivárgási tényezı [m/s]
1.E-06
1.E-05
-4.0 0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
Olaj/víz mobilitási hányados [-]
0.30
0.35
Eredmények 178400
178400
Átlagos olajszaturáció [cm3/cm3]
0.30
0.60
178390
Fajlagos olajtérfogat [m3/m2]
178390
0.25 178380
0.20
178370
0.15
22. 0.234
0.50
24. 0.276 25. 0.263
6. 0.000
0.10
178360
23. 0.245
0.05
4. 0.000
5.
10 m
20 m
30 m
641770
40 m
K2 0.000
21. 0.433 5. 0.275
178330
Jelmagyarázat: 4. kút sorszáma 0.000 számított paraméter
178320
20. 0.229
641810
641830
0m
641850
641870
641890
178400
20. 0.220
kút jele
178310
3. 0.000
50 m
641790
25. 0.449
0.00 4. 0.000
0.238
kút jele
178310
24. 0.553
6. 0.000
0.20
178340
4. kút sorszáma 0.000 számított paraméter
23. 0.326
178350
21.
Jelmagyarázat:
178300 641750
0.30
0.262
178330
0m
178370
22. 0.257
0.10
K2 0.000
0.00
178320
0.40
178360
178350
178340
178380
10 m
178300 641750
20 m
30 m
641770
40 m
3. 0.000
50 m
641790
641810
641830
641850
641870
641890
178400
5E-9
0.11
Olajra vonatkoztatott effektív szivárgási tényezõ [m/s]
178390
LNAPL effektív szivárgási sebességének nagysága [m/y]
178390
22. 4.6E-9
4E-9 178380
3E-9 178370
23. 3.6E-9 24. 4.5E-9
25. 4.1E-9
6. 0.0E-9
2E-9
0.10 178380
0.08
178370
0.06
22. 0.083
24. 0.110
25. 0.106
6. 0.000
0.04
178360
23. 0.110
178360
1E-9 0E-9 4. 0.0E-9
178340
0m
10 m
20 m 641770
30 m
40 m 641790
5. 0.076
Jelmagyarázat: 4. kút sorszáma 0.001 számított paraméter
178320
20. 3.0E-9
3. 0.0E-9
50 m 641810
21. 0.076
178330
kút jele
178300 641750
4. 0.000
178340
4. kút sorszáma 0.1E-9 számított paraméter
178310
0.00
5. 3.3E-9
Jelmagyarázat:
K2 0.000
178350
21. 4.1E-9
178330
178320
0.02
K2 0.0E-9
178350
641830
641850
kút jele
178310
0m 641870
641890
20. 0.061
178300 641750
10 m
20 m 641770
30 m
40 m 641790
3. 0.000
50 m 641810
641830
641850
641870
641890
Eredmények olajszaturáció
olajra vonatkoztatott sziv. tényezı
Bear-féle mobilitási hányados
Eredmények Számított paraméter
Jelölés
Min
Max
Átlag
Mértékegység
Effektív LNAPL-szaturáció
Sn
0.23
0.28
0.25
[-]
Fajlagos LNAPL-térfogat
Dn
0.22
0.55
0.36
[m3/m2]
Kitermelhetı (mobil) fajlagos LNAPL térfogat
Rn
0.07
0.25
0.14
[m3/m2]
Teljes LNAPL térfogat
Vn
299
[m3]
Kitermelhetı LNAPL térfogat
VnR
117 (39%)
[m3]
Reziduális LNAPL térfogat
VnT
182 (61%)
[m3]
Kitermelt LNAPL térfogat (2004-2008.)
Vdt
21.4
[m3]
LNAPL-csóva kiterjedése
An
1740
[m2]
Olajra vonatkoztatott effektív relatív permeabilitás
kr n
0.17
0.25
0.20
Olajra vonatkoztatott effektív szivárgási tényezı
Kn
3.0 x 10-9
4.6 x10-9
3.9 x10-9
[m/s]
Olajra vonatkoztatott effektív transzmisszivitás
Tn
5.9 x10-9
1.8 x10-8
1.1 x10-8
[m2/s]
LNAPL mobilitás - Parker (1996)
M nP
7.4 x10-8
1.1 x10-7
8.7 x10-8
[m/s]
LNAPL effektív szivárgási sebessége
vn
0.06
0.11
0.09
[m/y]
talajvíz effektív szivárgási sebessége
vw
1.20
[m/y]
Olaj/víz belépési nyomásszint olajvastagságban kifejezett egyenértéke
∆h
3.23
[m]
[-]
Következtetések
A számítások adatot szolgáltatnak az alábbiakhoz:
Mennyiségi kockázatelemzés elvégzése Hozamszámítások Kármentesítési folyamatok idıfüggésének meghatározása Kármentesítési alternatívák vizsgálata Költség--hatékonyság és költségKöltség költség-haszon elemzések Gazdasági döntések
Olyan módszerek együttesét vezettem be a hazai kármentesítési gyakorlatba elsıként, mely hosszú idı óta fennálló jelentıs igényt elégít ki és hiánypótló az LNAPLLNAPLszennyezıdések jellemzésében, és a kármentesítések tervezésében.
Folyamatban levı kutatások I. Numerikus
modellezés
PETRASIM prepre- és posztprocesszor TOUGH programcsaládhoz (Thunderhead Engineering, Engineering, 2008) T2VOC: egykomponenső szénhidrogének háromfázisú nem izotermális szivárgása telített és telítettlen heterogén közegben (Falta, Pruess, Finsterle, and Battistelli, 1995) TMVOC: többkomponenső szénhidrogének háromfázisú nem izotermális szivárgása telített és telítettlen heterogén közegben (Karsten Pruess & Alfredo Batistelli, 2002)
Folyamatban levı kutatások I. Numerikus modellezéssel meghatározható a háromfázisú rendszer 22 féle fizikiai paramétere
So
PVOC
CVOC in air
CVOC in Aq. phase
µNAPL
KrNAPL
10 9 év év 6 25 36 56 óra 0,5 3,5 6,5 9,5 13 19 47 nap 20 100 300 1,5 nap év nap 3
10 0,5 3,5 6,5 9,5 13 19 25 36 47 56 300 1,5 3 9 nap év óra nap év nap 20év 100 6
10 0,5 3,5 6,5 9,5 13 19 25 36 47 56 20 100 1,5 nap év óra nap év 300 3 6 9 év nap
Folyamatban levı kutatások I. Számított paraméterek idıfüggése – cell history plots P [Pa]
So
Sw
0,8
1,019E5
0,0 0,0
1,015E5
56 nap
0,0
0,140
56 nap
Sg
56 nap
KrNAPL
0,9
0,0 0,0
0,129 0,0
0,40
56 nap
0,0 0,0
56 nap
Folyamatban levı kutatások II.
További laboratóriumi vizsgálatok az irodalmi input adatok helyettesítésére - Reziduális LNAPL szaturációk mérése rezervoármechanikai laboratóriumban (Dean--Stark módszer, API RP40) (Dean
Kettıs porozitású talajok vizsgálata Gyakoriság 1.E-06
pF
1.E-04
1.E-02
illesztett v íztartalom Szank C/1 Szank C/2 pórusméret eloszlás
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Volumetrikus víztartalom: θ [cm 3/cm 3]
0.0
1.E+00 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 0.6
10(K)
1.E-08
Log. hidr. vezkép. - log [log 10(cm/s)]
7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3
1.E-10
pF [-lg cm H2 O ]
pF [-lg cm H2 O ]
1.E-12
2.0
4.0
6.0
1.E-06
1.E-06
1.E-08 1.E-10 1.E-12
1.E-08 1.E-10 1.E-12
1.E-14 1.E-16
1.E-14 1.E-16 sziv . tény ezı v s. v íztartalom
1.E-18 1.E-20
1.E-18 1.E-20
sziv . tény ezı v s. pF
1.E-22 1.E-24 0.0
0.1
0.2
1.E-22 1.E-24 0.3
0.4
0.5 3
Térfogati víztartalom - Theta [cm /cm 3]
Illesztett víztartalom [cm3 /cm3 ]
0.5000 Szank C 0.4000
Linear
y = 0.9979x + 0.0034 0.3000 R2 = 0.9945 0.2000 0.1000 0.0000 0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 Mért víztartalom [cm3/cm3]
z
Számítások kalibrációja - Talaj szénhidrogén szénhidrogén--koncentráció koncentrációjának jának meghatározása kémiai laboratóriumban - Transzmisszivitás meghatározása „Bail„Bail-down” tesztek alapján (Lundy et al., 1993; Beckett és Lyverse, 2002)
zmax eleváció
Kutatások további iránya
zao zaw
Do
bo So(z)
zow
zow olajszaturáció
So
Hozamszámítások (Charbenneau, 2003; Johns, 2000)
Kármentesítési paraméterek idıfüggéséidıfüggésének analitikus számítása (Charbenneau, 2003) Kitermelhetı olajhozam Qo(t), gönygyölített olajtérfogat Vp(t), Látszólagos szénhidrogén vastagságok: bo(t), Maximálisan kitermelhetı olajtérfogat: Vm,Effektív szivárgási tényezı: Ko(t), Transzmisszivitás: To(t)
Paraméter érzékenység vizsgálat (sensitivity analysis)
Bizonytalanság vizsgálat (uncertanity analysis: pl. Monte Carlo) Kitermelt LNAPL térfogat
2. Doktori iskolai tanulmányi elırehaladás
Doktori iskolai tanulmányi elırehaladás
Tanulmányi kreditek A 3. szemeszter végére megszereztem valamennyi szükséges tanulmáyi kreditet (32)
Nyelvtudás Német nyelvbıl felsıfokú C típusú állami rendelkezem
Publikációk Elbírálás/korrekció alatt van egy cikkem az „Soil and Sediment Contamination An International Journal” Journal” c. amerikai szakfolyóiratnál. Impact Factor 2007: 0,646 Cikk címe: „Characterization of distribution, permeability, conductivity and mobility of LNAPL in the subsurface at an industrial site in Hungary” Hungary”
Abszolutórium
3. A doktori munkához kapcsolódó további feladatok
A doktori munkához kapcsolódó további feladatok
Nyelvtudás ECL angol középfokú nyelvvizsga 2009. október
Publikációk További cikk megjelentetése a „Journal of Environmental Monitoring” c. folyóiratban. Impact Factor 2007: 1,83 Leadás tervezett idıpontja: 2009. december
További kutatási feladatok Doktori értekezés Leadás tervezett idıpontja: 2010. május
Szigorlat Fıtárgy: Környezetföldtan Melléktárgyak: Hidrogeológia Kármentesítési eljárások
Elérhetıségek – Contact Information:
Háden Sándor Tel.: +36 (30) 346346-1173 Fax: +36 (22) 329329-109 Email:
[email protected]
