Talajtisztítási eljárások

• Általános áttekintés / fogalmak – Talaj – Szennyezőanyagok formái – Tisztítási eljárások

• Biológiai módszerek kiegészítés • Fizikai módszerek – In Situ – Ex situ

• • • •

Talajtisztítási eljárások

A talajtisztítás lépései A kémiai talajtisztítás A kémiai talajtisztítást befolyásoló környezeti tényezők Talajtisztítási eljárások elvi megvalósításának lehetőségei – – – –

Ózon Perszulfát Hidrogén-peroxid (fenton reagens) Permanganát

• Költségek

Talajremediáció • A szennyezett talaj gyógyítása, vagyis a vegyi szennyezettségből adódó kockázatának elfogadható mértékű csökkentése.

Talajremediáció • Természetes • Emberi közreműködés – Mobilizáció – gázelszívás, vízkiszivattyúzás, vizes, mosószeres, savas vagy lúgos mosás, stb... – Immobilizáció – fizikai, kémiai vagy biológiai stabilizálást jelent

Ex situ remediáció

In situ remediáció

• A szennyezett környezeti elemek remediációjának az a módja, amely a szennyezett talaj, felszín alatti víz, talajgáz kezelését eredeti helyéről elmozdítva, kitermelése után oldja meg

• A szennyezett környezeti elemek remediációjának az a módja, amely a szennyezett talaj, felszín alatti víz, talajgáz kezelését eredeti helyén, oldja meg

– On site – Off site

A kárelhárítási technológia kiválasztása • A kárelhárítási technológia elérendő céljai: • A szennyezés továbbterjedésének megakadályozása (lokalizáció) • Részleges mentesítés (pl. olajfázis kitermelése) • Teljes ártalmatlanítás

A talaj • A talaj háromfázisú, heterogén rendszer, amelyben anyag és energiacsere folyamatok mennek végbe (mikroorganizmusok, növények, állatok) • A talaj kialakulása - Kőzetek mállása (fizikai és kémiai mállás, ill. biológiai folyamatok) – időskála

Talajvíz és talajatmoszféra • A talajban lévő (mikroszkópos) üregeket és pórusokat víz és levegő tölti ki. • Az ezzel kapcsolatos transzport folyamatokat a homok/márga/agyag arányok határozzák meg. • A nagy agyagásvány tartalmú talajok nagy porozitásúak, a homoktalajok vízmegkötő képessége csekély.

Milyen információk alapján választjuk ki a kármentesítési technológiát? • Milyen információkkal rendelkezünk a technológiáról (full- vagy pilot-scale tesztek)? • Milyen gyakran használatos, mennyire elterjedt? • Időigény (rövid, közepes, hosszú)? • Mennyire megbízható? • Mi a kezelés funkciója (lebontás, kivonás vagy immobilizáció)? • Költségek?

A talaj összetétele • Szervetlen komponensek (kavics, homok, márga és agyag) • Az agyagásványok (Al2(OH)2[Si4O10]4*H2O) rétegszerkezetének és kémiai konfigurációjának a szorpciós folyamatokban van jelentősége

Hazai talajtípusok

A talaj tulajdonságai • • • • • •

Szemcsézettség Permeabilitás Pórustérfogat A talaj vízkapacitása Kapillaritás Talajhőmérséklet

Milyen szennyezőanyagok lehetnek a talajban? • • • • • • • • •

A talaj szervesanyag készlete

Nem halogénezett illékony szerves vegyületek

BTEX (benzol, toluol, etilbenzol és xilol) MTBE (metil-tercier-butil-éter) Etán, etén PAH (poliaromás szénhidrogének) PCB (poliklórozott bifenilek) CB (klór-bifenil) Fenol, fenolszármazékok Szerves peszticidek RDX, TNT, HMX (robbanóanyagok)

Halogénezett illékony szerves vegyületek

Halogénezett SVOC csoport (itt csak a peszticideket mutatjuk be!)

Szervetlen szennyezőanyagok

Mely területeken találhatók elsősorban? • Lőterek és „hadi” területek, akkumulátor gyűjtőés feldolgozó üzemek, égetőművek, • vegyszerhulladék lerakók, szennyezett üledékek, csurgalékok, galvanizáló és krómozó üzemek, hulladéklerakók, elöregedett csatornahálózatok, radioaktív hulladéklerakók, • homokfúvó üzemek, régebbi bőrgyárak, gk. javító egységek

Talajremediációs eljárások • Biológiai – Bio venting (Telített zóna levegőztetése) – Intenzifikált bioremediáció (Biostimuláció) – Bioaugmentáció – Gombák általi lebontás – Fitoremediáció

Talajremediációs eljárások • Fizikai (ex situ) – – – – – – – – – – – – –

Talaj kitermeléses eljárások Talajmosatás Adszorpció, abszorpció Sztrippelés Aktívszenes szűrés Ioncsere Kicsapatás,derítés Fázis szétválasztás UV oxidáció Roncsolás elektromos kisütéssel Membrános szétválasztás Oxidáció Aktívszenes adszorpció

Talajremediációs eljárások • Fizikai (in situ) – Pump and treat (dual phase - Vákuumos úszó fázis és talajgáz eltávolítás ) – Talajgáz felszínre szivattyúzása (Soil vapour extraction (SVE)) – Gőz injektáló eljárás (Steam injection) – Légbekeverés (Air sparging) – Immobilizációs eljárások – Talajmosatás (savas, lúgos, mosószeres) – Talajszilárdítás – Elektrokinetikai eljárás

Talajremediációs eljárások • Kémiai – Permanganát (K/Na) – Perszulfát – Fenton reagens – Ózon – Redukciós eljárások

Biológiai módszerek kiegészítés

Gombák általi lebontás • A gombák lignin lebontó és farothasztó enzimjeik segítségével képesek számos szerves szennyező lebontására. A fehér rothasztó gombák általi lebontást in situ körülmények között és bioreaktorban is tesztelték. A nyílt (ex situ) technológia hasonló a komposztáláshoz: szigetelés+fakéreg+szennyezett talaj, fedés. Az optimális hőmérséklet 30-38 oC.

Alkalmazási korlátok • nem mindig csökken a szennyezés mértéke a mentesítési határérték alá; • kémiai szorpció, toxicitás gátló hatás, küzdelem a természetes baktérium flórával.

Fitoremediáció • Fitoremediáció során a szerves vagy szervetlen szennyezések eltávolítása, átalakítása, megkötése növények segítségével történik. • A növények számos úton képesek a szennyezések eltávolítására: - fokozott gyökérzóna biodegradáció, - hidraulikus befolyásolás; - degradáció; - párologtatás.

Fitoremediáció

Fitoremediáció

• Fokozott gyökérzóna degradáció: a lebontás a növények gyökereinek közvetlen közelében zajlik le. A gyökerek fellazítják a talajt, kihalnak, természetes járatokat képezve, melyek a víz és levegő továbbítására kiválóan alkalmasak. Ez a folyamat elősegíti a víz felvételét a mélyebb rétegekből, nedvesítve a felszín közeli közeget, szárítva a mélyebb rétegeket. • Hidraulikus befolyásolás: fák – fajtától és évszaktól függően – ún. szerves szivattyúként működnek, azaz gyökérzetük révén a talajból nagy mennyiségű vizet vesznek fel és azt elpárologtatják.

• Degradáció: a szennyezés átalakulása (metabolizmus) a növények szöveteiben. A növények enzimeket termelnek, amelyek (pl. dehalogénáz, vagy oxigenáz) katalizátorként segítik a lebontás folyamatát. Kutatások folynak, hogy vajon mindkét (aromás és klórozott alifás) komponens esetében létrejöhet-e a lebontás. • Párologtatás: növényzet gyökerein keresztül a szerves szennyezőket is tartalmazó vizet felveszi, majd a szerves szennyezőket a leveleken keresztül a légkörbe párologtatja. A levelek képesek a szerves szennyezők bizonyos mértékű lebontására is. Ez esetben az átalakult vegyületek jutnak a légkörbe.

Fitoremediáció

Alkalmazási korlátok • a mentesített közeg mélységét a növényzet gyökérzóna mélysége határozza meg (általában csak sekély mélység esetén alkalmazható); • a kockázatos anyagok magas koncentrációja toxikus lehet a növényekre; • szezonális, helytől és növénytől függően; • a szennyezést továbbíthatja a talajból a levegőbe (leveleken keresztül); • nem hatásos erősen vagy gyengén kötött szennyezőkre (pl. PCB-k); • az átalakulás során keletkező anyagok (végtermék) toxicitása vagy biológiai alkalmazhatósága nem mindig ismert; • a szennyezőanyag mobilizálódhat, bekerülhet a felszín alatti vizekbe, majd felhalmozódhat az állatok szervezetében; • területigényes.


Fizikai módszerek


• • • •



• Költségek

In Situ Fizikai módszerek

Pump and Treat • Legáltalánosabb talajtisztítási eljárás • A talajvíz kiszivattyúzása és a felszínen történő kezelése – Sztripping, aktív szén, ioncserélő, stb..

• VOC - trichloroethane, trichloroethylene, BTEX. • Hosszú kezelési idő (100 év)

Pump and Treat (Dual phase) alkalmazási korlátok

Pump and Treat (Dual phase)

P&T

P&T

µg/l g/l

• tömör (alacsony áteresztő-képességű) talajokban csökken a hatékonyság; • az alacsony nedvességtartalom csökkenti a biológiai lebontás sebességét és a bioventilláció hatásosságát, mivel ez szárítja a talajt; • számos klórozott komponens aerob lebontása kometabolizmus hiányában eredménytelen lehet; • gyakran a kitermelt gázok légkörbe bocsátás előtti tisztítása szükséges; • számos esetben a kitermelt víz befogadóba bocsátás előtti kezelése szükséges; • tekintettel arra, hogy a víz, a szénhidrogén és a levegő eltávolítása egyszerre történik, a fázisok egymással keverednek. Emiatt befogadóba történő bocsátás előtt a fázisok szétválasztására (olaj/víz) szükséges.

µg/l g/l

• Két egymástól függetlenül is alkalmazott mentesítési technológia, a bioventilláció és a vákuumos szabadfázis kitermelés együttes alkalmazása. • A bioventilláció elősegíti a szénhidrogén szennyezések aerob biológiai lebontását. • A vákuumos szabadfázis kitermeléssel a felúszó könnyű komponensek is eltávolíthatók a vízfelszínről vagy a kapillárisokból.

Idő (év)

Idő (év)

Talajgáz elszívás (Soil vapour extraction (SVE))

Soil vapour extraction (SVE)

• Általános talajtisztítási eljárás • Vákuum alkalmazása a szennyezett zónában • Közösen alkalmazva az Air Sparing eljárással • Alkalmazhatóság – Jól lehet alkalmazni: • VOC, SVOC

• Nem lehet alkalmazni – Nem illékony szennyező komponensek esetén

Gőz injektáló eljárás (Steam injection) • Növeli a szennyezőanyagok illékonyságát ezzel fokozva a talaj levegő elszívásos technológia hatékonyságát

Légbekeverés (Air sparging)

Légbekeverés (Air sparging) • • • •

Sztrippelő hatás Közös alkalmazás a talaj gáz elszívással Fokozza a talaj biológiai aktivitását Az illékony komponensek eltávolítása érdekében a telített talajvíztérbe levegőt fújnak be. • A folyamat tulajdonképpen in situ sztrippelésnek fogható fel. A telített zónába fúvott levegő elősegíti az illékony szennyezők telítetlen zónába jutását. • A telítetlen zónából talajgáz-kitermeléses eljárással az illékony szennyezőanyagok kitermelhetők, majd kezelhetők. A rendszer nagy (levegő) áramlási sebességgel működik, hogy minél több gáz legyen sztrippelhető.

Alkalmazási korlátok • a levegő egyenletes bejuttatása a telített zónába nem mindig lehetséges, ezért a veszélyes gázok mozgása nem mindig számítható ki; • a szennyezés mélysége és a geológiai felépítés alapos mérlegelése szükséges; • a légbefúvó kutakat a helyi adottságoknak megfelelően kell tervezni; • a talaj heterogenitása miatt maradhatnak nem érintett területek.

Immobilizációs eljárások • Mi az immobilizáció? • A káros anyagokat nem távolítják el, hanem a talajban rögzítik. • Immobilizációval a szennyezett anyagot oly módon kell befolyásolni, hogy az ott lévő káros anyagok hosszú távú kibocsátása megakadályozásra kerüljön, illetve a meghatározott célértékek alatt maradjon.

Immobilizációs eljárások • Hogyan érhető ez el? • Hatómechanizmusok • Fizikai lezárás – Vízbeszivárgás megakadályozása

• Vegyi beépítés – Atomcsere a kristályrácsban

• Kicsapatás – Hígíthatóság csökkentése pl. nehézfémeknél pHérték változtatással

• Elnyelés / Ioncsere – Lerakódás elektromosan töltött felületeken

Hatómechanizmusok

Lezárás

Kicsapás

Vegyi beépítés

Elnyelés/abszorpció

Elnyelés/abszorpció

• Hatómechanizmusok beindítása a következő anyagok hozzáadásával: • Szervetlen kötőanyagok – hidraulikus kötőanyagok (pl. cement, pernye) – nem hidraulikus kötőanyagok (pl. mész, gipsz)

• Szerves kötőanyagok – hőre lágyuló kötőanyagok (pl. bitumen, bitumenemulzió) – Polimerek (pl. epoxidgyanta, polietilén)

• Adalékok – Kicsapató anyagok (pl. szulfidok, vízüveg) – Adszorbensek (pl. agyag, zeolitek)

• Az immobilizáció pozitív hatásai – – – – – – –

mobilizáció csökkentése por kifújással kimosással (eluálással) kigázosítással (pl. Hg) erodálás csökkentésével áteresztő képesség csökkentésével stabilitás növelésével

Immobilizátumok hosszú távú viselkedése • Mennyire tartós a káros anyag megkötése? – Egy immobilizátum 5, 50, vagy 5.000 évet tart? – Immobilizátum építményeknek, mint egyéb építményeknek, véges élettartamuk van. – A betonépítmények 70%-a 50-70 évre, csak 8%-a több mint 90 évre – Immobilizátumokra sem kell magasabb követelményeket támasztani, mint a betonépítményekre

Talajmosatás

Immobilizátumok felhasználási lehetőségei • Gátépítőanyag út- és vasúti közlekedési utakon – – – – –

Magasépítésnél alapozó anyagként Zajvédő falak magja Felhagyott telepek elszigetelése Hulladékok kondicionálása (pl. iszap, porok) Fagyálló rétegek és hidraulikusan kötött tartórétegek előállítása – Szigetelő építőanyagként hulladéklerakók építésénél

Talajmosatás

• Vizet, vagy egyéb adalékokat is tartalmazó vizes oldatot juttatnak a szennyezett közegbe (talajba) a szennyezések kioldásának fokozása érdekében. Cél lehet a talajvíztükör megemelése is olyan mértékben,hogy az a szennyezett talajteret elérje, lehetővé téve a szennyezések oldódását. Ezt közvetően a szennyezett talajvíz kitermelése, majd tisztítása következik.

Talajmosatás • Alkalmazási korlátok: – alacsony áteresztő képességű vagy heterogén közeg mentesítése nehézkes; – a mosó folyadék és a talaj kölcsönhatása következtében a porozitás, ezáltal a szennyezés mobilitása csökkenhet; – csak abban az esetben használható, ha a kimosott szennyezés és a mosó folyadék kinyerése lehetséges; – a mentesítés gazdaságosságát erősen befolyásolja az, hogy a kitermelt mosófolyadék milyen mértékű kezelése szükséges.

Ex Situ Fizikai módszerek

Sztrippelés • A kitermelt talajvízben található illékony szennyező komponensek eltávolítása a levegővel való érintkezési felület megnövelésével történik. A levegőztetés tornyokkal, diffúz levegőztetéssel, tálcás levegőztetéssel vagy esőztető levegőztetéssel is megoldható. • A szennyező a folyadék-fázisból (víz) gáz-fázisba megy át (levegő). A mentesítési technológiákban sztrippelő (levegőztető) tornyokat vagy levegőztető tartályokat használnak.

Sztrippelés

Sztrippelés • Általában a torony tetején fúvókákon keresztül lép be a víz, majd a gravitáció hatására keresztülhalad a töltőanyagon miközben alulról ventilátor segítségével a víz áramlási irányával szembe levegőt áramoltatnak. A kezelt vizet a torony alján elhelyezkedő zsomp gyűjti össze. • Rögzített és mobil berendezések egyaránt léteznek és gyakorlatilag minden automatizálható (a páranyomás, a levegő hőmérsékletének mérése, szintszabályozás, stb.). A hatásfok a levegő fűtésével növelhető. • Levegőztető tartály: a tartályba fúvókákon keresztül levegőt nyomnak. A belépő víz a légbuborékokkal keveredik. Terelőfalak és több berendezés egymás utáni alkalmazása biztosítja a szükséges tartózkodási időt. A berendezés előnye, hogy lényegesen kisebb, mint a sztrippelő torony (kb. 2 m magas, míg a sztrippelő torony kb. 5-12 m). A gázok elvezetése és kezelése egyszerűen megoldható.

Alkalmazási korlátok • az eltömődés veszélye fennáll (5 mg/l feletti vastartalom, nagy keménység, biológia eltömődés), szükséges lehet a rendszeres tisztítás; • csak 0,01-nél magasabb Henry-állandójú VOC/SVOCvel szennyezett víz esetén hatásos; • az alkalmazott töltőanyag mennyisége és típusa gondosan mérlegelendő; • magas energiaköltség; • kevésbé illékony komponensek esetén a víz melegítése szükséges lehet; • a távozó gázok kezelésére szükség lehet.

UV oxidáció

UV oxidáció

• Az erős oxidálószer és az UV sugárzás a vízben található szerves szennyezőket szétroncsolja. • A szennyezőanyag oxidációja oxidálószerek, UV fotolízis és UV sugárzás, valamint ózon vagy hidrogénperoxid segítségével történik. Amennyiben a teljes lebontás kialakul, akkor a folyamat végterméke széndioxid, víz és különböző sók. • Az UV oxidáció legnagyobb előnye, hogy roncsolásos melléktermék nem keletkezik, azaz a szennyezők veszélytelen formában a vízben maradnak (ellentétben számos más mentesítési technológiával, mint pl. az aktív szénszűrés, sztrippelés, stb., ahol kivonás után más fázisba kerülnek). Az UV oxidáció lehet folyamatos vagy szakaszos üzemű.

• Az UV oxidáció során ózon rendszer esetében 65 W-os, alacsony nyomású lámpákat, míg hidrogén peroxid rendszer esetében 15-60 kWos lámpákat használnak. • UV fotolízis: a folyamat során az UV fény hatására a kémiai kötések felbomlanak, de a teljes átalakulás, amely során széndioxid, víz és sók keletkeznek, nem valószínű.

UV oxidáció

Alkalmazhatósági korlátok • a magas energiaköltség miatt drágább lehet az alternatív módszereknél; • ózon rendszer esetében a szerves illékony komponensek inkább elillannak, mint lebomlanak, ezért az eltávozó gázokból kell eltávolítani (szűrő, katalitikus oxidáció); • a szennyezett talajvíz nehézfém tartalma 10 mg/l alatti legyen, és ne tartalmazzon nem oldódó olajat vagy zsírt, az eltömődés megakadályozása érdekében; • a folyadéknak az UV fényt jól kell vezetnie (nem lehet túlságosan zavaros); • az oxidálószerek kezelése különleges biztonságiszabályok betartását követeli; • kémiai oxidálószer túladagolása gátolja a lebontást.


• Biológiai módszerek kiegészítés • Fizikai módszerek

Talajtisztítási eljárás megvalósítása

– In Situ – Ex situ

• • • •



• Költségek

Talajtisztítási eljárás megvalósítása • Terület felmérése • Háttér információk gyűjtése – Geológiai, hidrogeológiai, kémiai, stb..

• Szennyezőanyagok meghatározása – A területen lévő szennyezőanyagok mennyiségi és minőségi analízise

• Laborkísérletek – Amennyiben ismert gyakori szennyezőanyag csak a talajra vonatkozó laborkísérleteket kell elvégezni

Talajtisztítási eljárás megvalósítása • Terepi félüzemi kísérletek – Push-pull-test – Két-kutas teszt

• A talajtisztítás megtervezése • A talajtisztítás teljes üzemi megvalósítása

Háttér információk • A terület előtörténete, milyen tevékenységet folytattak az adott területen • A terület geológiai jellemzői • Területhasználati tervek a jövőben • Érzékeny területek elhelyezkedése az adott övezetben (ivóvíz bázisok)

Terepi vizsgálatok

Fontos dokumentumok • veszélyes hulladékok bevallása, nyilvántartása, anyagmérlege; • veszélyes hulladékok kezelésére vonatkozó hatósági engedélyek, szerződések, szállítólevelek, jegyzőkönyvek, raktározási adatok, bírságok stb. • nem veszélyes hulladékkezelés bizonylatai és raktári nyilvántartása; • tüzelőanyagok, alap- és segédanyagok, energiahordozók raktári nyilvántartása; a hulladékok tárolásának körülményei; a műszaki védelem módja; a telepen belüli és a ki/beszállítás mikéntje. • földalatti tartályok és közművek helyzetére vonatkozó dokumentumok; • szennyvízgyűjtő és tisztító rendszer működése, kezelése, iszapelhelyezés módja, korábbi szennyvízkezelési és gyűjtési eljárások.

Terepi vizsgálatok

• Talaj színe, fénye, nedvessége, fizikai félesége és szerkezete; • Talaj tömődöttsége, kiválások előfordulása, esetleges talajhibák; • Talajvízszint, szénsavas mésztartalom és a fenolftalein lúgosság; • Talajtakaró növényzet gyökérzetének mennyisége és mélysége. • A talajvíz gradiense • Oldott oxigén a talajvízben • pH, vezetőképesség

Szennyezőanyagra vonatkozó információk • összetétele, megjelenési formája (keverék, komplex vegyület stb.); • sűrűsége, szétterülés helye, pH értéke; • oldhatósága vízben, savban, lúgban, szerves oldószerekben; • stabilitása aerob és anaerob viszonyok között (pH-függés, bomlástermékek); • tűz és robbanás veszélyessége, radioaktivitása, veszélyességi besorolása.

Szennyezőanyag lehetséges útjai a talajban

Laboratóriumi tesztek • Talaj jellemzőire vonatkozó mérések – – – – – – – – –

Mechanikai összetétel (szemcseméret eloszlás) Porozitás Partikulált fémek Természetes szerves anyag koncentráció Osztályozása a szennyezett zóna talajának elhelyezkedés szerint Szennyezőanyag koncetráció Hidraulikus vezetőképesség Adszorpciós kapacitás Szárazanyag tartalom

Laboratóriumi tesztek • Kezeléstől függő információk – Permanganát • A talajban lévő magnézium koncentrációja • A permanganát tisztasága

– Fenton reagens • Alsó robbanási koncentráció • Szén dioxid, oxigén koncentráció

– Ózon • Alsó robbanási koncentráció • Szén dioxid, oxigén koncentráció

Laboratóriumi tesztek •

Talajvízre vonatkozó mérések – – – – – – – – – – – – – – – – –

Oldott szerves anyag koncentráció Oldott ortofoszfát (PO42-) Összes foszfor Összes nitrogén pH, DO, fajlagos vezetőképesség Savkapacitás pH 4.3 értékig a mért hőfokon, mmol/liter; Összes keménység Ca-ból és Mg-ból számítva, mmol/liter; Összes és lebontható szerves szén, mg/liter (TOC és DOC); Adszorbeálható szerves halogének, µg/liter (AOX és benne POX); Szénhidrogének µg/liter (IR-spektrum); Szükség szerint GC-kromatogram, bioteszt. Bór; Anionok: számított hidrogénkarbonát, klorid, szulfát, nitrát, fluorid; Kationok: Na, K, Ca, Mg, NH4, Mn és Fe (utóbbi csak akkor, ha nem határozták meg a redoxpotenciált); As, Al, Sb, Pb, Cd, Cr, Cu, Ni, Hg, V, Zn (ICP multielemes technikával); Cianidok, PCB, PAH vagy GC-fingerprints, klórozott szénhidrogének, BTEX, VOCE stb; Toxikológiai vizsgálat bioteszttel.

Laboratóriumi tesztek előkísérletek • A talajvíz oxidálószer igényének meghatározása (NOD, COD) • A talaj különböző rétegeinek az oxidálószer igényének meghatározása (NOD, COD) • Az oxidálószer hatására kioldódott komponensek meghatározása (fémek) • Oxidálószer időbeli fogyásának megállapítása • Szükséges oxidálószer mennyiségének becslése

Nagyobb léptékű laboratóriumi tesztek kísérletek

Helyszíni előkísérletek

Oszlopos kísérletek Oxidálószer áramlásának meghatározása Oxidálószer igény pontosabb becslése A talajmátrix változásainak meghatározása • A kezelés hatására bekövetkező másodlagos szennyezések meghatározása

• A pilot (helyszíni) kísérletek, vizsgálatok elvégzése elengedhetetlen a tisztítás kivitelezését megelőzően. • A vizsgálatok eredményei adatot szolgáltatnak a tisztítási technológia megtervezéséhez és kivitelezéséhez. • Ilyen adatok az injektálás mennyisége, hőmérséklet, nyomás, az injektáló kút hatósugara és az oxidálószer koncentrációja. • A helyszíni tesztek a szennyezett terület egy részének tisztítását jelenti.

• • • •

A kísérlet kivitelezésénél számos paramétert kell figyelembe venni


– A teszt terület megválasztásánál figyelni kell arra, hogy az egész területre nézve reprezentatív legyen. – A vizsgálati területet általában úgy választják meg, hogy a szennyezőanyag koncentrációja jóval kisebb legyen a szennyezés gócpontjában lévőnél, ezzel a vizsgálat idejét rövidítve. – Fontos szempont a terület kiválasztásakor az is, hogy a kezelés közben a kijelölt terület a lehető legkisebb mértékben szennyeződjön újra. – A kivitelezés során alkalmazhatunk már meglévő injektáló kutat, vagy kialakíthatunk új injektálási pontokat, esetleg kombinálhatjuk a kettőt.

– Fontos a megfelelő terület megválasztása és az injektálás összehangolása. – Biztosítani kell az oxidálószer folyamatos áramlását a szennyezett zónán keresztül, valamint az injektáló pontokat úgy kell kijelölni, hogy azok hatásterületei fedjék egymást. – Az oxidálószer mennyiségét az előzetes vizsgálatok alapján lehet kiszámolni. – A monitoring kutak elhelyezkedése fontos a tisztítás hatékonyságának megállapításához. – A kutaknak különböző távolságra kell lenniük az injektálási pontoktól, hogy valós képet kapjunk az oxidálószer terjedéséről a szennyezett zónában.



– A mintavételezést rendszeresen végre kell hajtani a megfelelő mennyiségű adat összegyűjtésének érdekében. – A mintavételezési programnak ki kell terjedni mind az oxidálószer terjedésére mind a szennyezés változására a szennyezett zónában. – Gyakran a mérések csak az oxidálószer terjedésére koncentrálnak. – Amennyiben az oxidálószert oldott állapotban juttatjuk be a szennyezett zónában az injektáló pontoknak biztosítaniuk kell, hogy az oxidáló szer elkeveredjen a talajvízzel a lehető legjobb hatékonyságot biztosítva ezzel.

Helyszíni vizsgálatok (Push-PullTest)

– Az oxidáló szer bejuttatását különböző intenzitással kell megoldani, hogy a kezelés megtervezésekor ismerjük az optimális sebességet. – Az oxidáló szer mennyiségét a megelőző laboratóriumi tesztek eredményeiből lehet kiszámolni. Ez a mennyiség gyakran magasabb a sztöchiometriai oxidálószer igénynél.

Helyszíni vizsgálatok (Push-PullTest) • Talajvíz folyási sebessége nem haladhatja meg az 1 m/nap-ot • Mobil berendezések alkalmazhatósága • Teszt költsége ~7500 EUR

Helyszíni vizsgálatok (Push-PullTest)

Helyszíni vizsgálatok (Kétkutas teszt)

Oxidálószer

Szennyezőanyag

Kiértékelések • Talaj oxidálószer igénye – A szennyezett zóna oxidálószer igénye nagymértékben függ a szennyező komponens mennyiségétől, valamint a talajban lévő egyéb oxidálható komponensektől. – Az oxidálószer mennyiségét szinten meghatározza annak terjedése a talajban, ennek fontos tényezője a talaj ellenállása, amely limitálhatja a terjedést és egy adott injektáló kút hatásterületének méretét. – A talajba juttatandó oxidálószer mennyiségének meghatározásakor fontos figyelembe venni a talaj porozitását. A bejuttatás hatására a szennyezett talajvíz áramlási sebessége megnőhet és így a szennyezett zóna kiterjedése a kezelés alatt változhat, olyan zónákba juthat be amelyek a kezelést megkezdése előtt nem voltak szennyezettek.

Kiértékelések • A talaj porozitásának változás a kezelés hatására • A szennyezőanyag lebomlási rátájának becslése • Szennyezőanyag és oxidálószer terjedése a felszín alatt • pH, Vezetőképesség változás • Oldott fémek megjelenése a talajvízben

Kiértékelések − Az oxidáló szer terjedését a talajban gyakran különböző modellek segítségével határozzák meg. Az oxidáló szer diffúzióját nagymértékben meghatározza a talaj porozitása, mivel ezekben a pórusokban áramlik a talajvíz. Ezért a modellek egyik alapvető paramétere a talaj porozitása. − Mivel a talajban a különböző oxidálószerek áramlása, terjedése nagymértékben függ az adott anyag tulajdonságaitól és a porozitás nem az egyetlen tényező ami ezt befolyásolja a tisztítást megelőzően fontos laboratóriumi és helyszíni vizsgálatokat végezni.

Milyen az ideális oxidálószer és talajtisztítás ? • Gyors és teljes a szennyezőanyag lebomlása • Nincs reakció a talajmátrixszal • Nincs köztes bomlástermék vagy visszamaradó káros anyag • Nincs toxikus hatás • A természetes peremfeltételeknek nincs hosszúidejű változása • Alkalmazásnál egyszerű kezelés • Hosszú élettartam (expozíciós idő) • Alacsony költségek

Fontos szempontok • Szennyezőanyag eloszlás és tömeg

Fontos szempontok • A talaj hidrológiai jellemzősi

– Szennyező anyag • Típus • Állapot: oldott, szorbeált, NAPL

– Eloszlás

• A talaj kémiai jellemzői

• Horizontális • Vertikális

– Góc övezet • Telített telítetlen

Fontos szempontok • A talajkezelés időtartama

• A célállapot elérésének ideje

Oxidálószer talajba juttatásának megoldásai • Egyes területeken speciális injektálási kutakat alakítanak ki, amelyek segítségével fokozzák az oxidálószer terjedését. • A kutak kialakítását, anyagát és terhelését nagymértékben meghatározzák az alkalmazott oxidálószer tulajdonságai. Erős oxidálószerek alkalmazásakor (például nagy mennyiségű ózon), a kutat rozsdamentes acélból kell készíteni. • Hosszabb élettartamú oxidálószereket gyakran a talajvíz recirkulációjával juttatják le a szennyezett zónáig. • Számos előnye mellett a recirkulációs talajtisztítás költségei jóval magasabbak az egyéb technológiai eljárásoknál, ezért ezt csak magas koncentrációkban előforduló szennyezések esetén alkalmazzák. • Az injekciós nyomás és az áramlási jellemzők is nagymértékben befolyásolják az oxidálószer áramlását. Az optimális nyomás megválasztása fontos, mert a túl nagy nyomás eredményezhet hidraulikus sérüléseket, illetve spontán talajvíz feláramlást a felszínre. A nyomás alatti injektálás lehet előnyös, mivel kevesebb áramlási dugót és több oldaláramlást eredményez.

• A talaj fizikai jellemzői

Oxidálószer talajba juttatásának megoldásai • Általában az oxidáló szer talajba juttatását megfelelő mennyiségű injektáló pont alkalmazásával valósítják meg, horizontális és vertikális kutak segítségével, annak érdekében, hogy az oxidáló szer elterjedése a talajban minden irányban optimális legyen. • A terjedés optimalizálásával a szennyezés és az oxidáló szer találkozását akarják elérni. • A gyakorlatban fontos, hogy a technológiát könnyen lehessen alakítani a kezelés során, mivel az előzetes vizsgálatok gyakran nem elegendőek a megfelelő kialakítás megtervezéséhez. • A talajban lejátszódó kémiai folyamatok következtében csökkenhet a talaj permeabilitása, amelynek következtében csökken az előzetesen várt hatásterület kiterjedése.

Oxidálószer talajba juttatásának megoldásai • A gyakorlatban számos közvetlen bejuttatási technológiát alkalmaznak, ezt a kereskedelemben is számos formában be lehet szerezni. • Az injektáló kutakat elsősorban akkor alkalmazzák, amikor a szennyezés mértéke vagy elhelyezkedése kívül esik a direkt injektáló eljárások teljesítményén. • Abban az esetben mikor a szennyezés egy forgalmas út alatt helyezkedik el a direkt injektálási eljárás kevesebb zavart, mivel a reagens bejuttatása után el lehet távolítani. • A fejlesztők folyamatosan dolgoznak rajta, hogy az oxidálószer minél jobb és egyenletesebb elterjedését biztosítsák ennek a technológiák segítségével.

Oxidálószer talajba juttatásának megoldásai Nyomással történő injektálás

Injekciós nyomás megválasztása

Gravitációs úton történő injektálás

Pz - A talajrétegben lévő nyomás Talajvíz áramlása

Pi - Injektáló nyomás

Talajvíz áramlása

Injektációs sugár

Oxidálószer beviteli technikái • Injektáció szűrőcsövön keresztül - Állandó magasságú injektáció - Gravitációs oxidálószer bevitel

• Injektáció mandzsettás csövön keresztül - Változtatható az adagolás magassága a kezelés során - Ismételt oxidálószer bevitel lehetséges - Nyomás alatt történő oxidálószer bevitel

Injektáció mandzsettás csövön keresztül



16,0 m

22,0 m

• • • •



• Költségek

In Situ kémiai oxidáció

Kémiai eljárások

Cl-

Perklór-etén

Aromás vegyületek

Gyakorlatban alkalmazott oxidálószerek

In Situ kémiai redukció Cl-

Perklór-etén

• • • • •

Ózon (O3) Hidrogén-peroxid (H2O2) Nátrium-perszulfát (Na2S2O8) Nátrium-permanganát (NaMnO4) Kalcium-peroxid (CaO2)

Aromás vegyületek

Oxidáció elve • Az oxidálószer felvesz elektront Ox + e- = Ox• A szennyezés lead elektront S = S+ + eC0 + O02 = CO2 (C+4, O-2)

Erős oxidálószerek lehetséges lebomlási útjai a talajban • Direkt oxidáció • Oxidációs hatás szabadgyökökön keresztül - A szabadgyökök valamilyen kezdeti hatás következtében képződnek - Katalitikus ( Fe(II)) - pH hatása - Hőmérséklet hatása

• Lebomlás

Milyen előnyei és hátrányai lehetnek az IN Situ Kémiai Oxidációnak Előnyök • Magas koncentrációjú szennyezések gyors lebontása • A szükséges kezelési idő rövidítése • A keletkező hulladék mennyiség csökkentése • Költségek csökkentése • Gyors beavatkozások megvalósításának lehetősége

Oxidálószerek redoxpotenciálja Standard potenciál (volt)

Relatív erősség (klórra vonatkoztatva)

Hidroxid gyök (OH●)

2,8

2

Szulfát gyök (SO4●-)

2,5

1,8

Ózon

2,1

1,5

Nátrium-perszulfát

2

1,5

Hidrogén-peroxid

1,8

1,3

Permanganát (Na/K)

1,7

1,2

Klór

1,4

1

Oxigén

1,2

0,9

Káros anyagok és oxidálószerek kapcsolata

Hátrányok • • • • • •

Toxikus intermedier anyagok keletkezése Visszamaradó szennyezések Maradék oxidálószer a talajban Költségek növekedése Másodlagos szennyezések megjelenése Ivóvízbázisok védelme

Oldhatóság és elektron egyenérték Oldhatóság

Max. Tömeg kg/1000 l

Max. menny. K Eq/1000 l

Alkalmazási kritériumok • Fontos paraméterek a tisztítás során

CH-ek BTEX Benzol Fenol PAH MTBE Klór-etén Klór-etán PCB Pesticidek

– Szennyezőanyag eloszlás és minőség – Geológia – Hidrogeológia – Geokémia

Eloszlási feltétel 1 - Szennyezési góc kezelés 2 - Csóva kezelés

Geológiai feltétel 1 – Magas permeabilitású talaj az advekció dominál. Homokos, kavicsos. 2 – Alacsony permeabilitású talaj, a diffúzió dominál.

Hidrogeológiai szempontok 1 - Telített zóna 2 - Telítetlen zóna 3 - Talajvíz áramlási sebessége a, Lassú b, Gyors

Geokémiai szempontok 1 - Karbonát szabadgyökök 2 - Redukált nehézfémek 3 - Magas szerves C- tartalom

A technika mai állása

További szempontok

Gáz fejlődés

Alacsony

Magas

Alacsony

Alacsony

Magas

Rend. álló információ

Hő fejlődés

Alacsony

Magas

Alacsony

Alacsony

Alacsony

Gyakorlati tapasztalat

Emissziók

Alacsony

Magas

Alacsony

Alacsony

Alacsony

Tapasztalatok

VVO Kezelhetőség

Oxidálószer igény a talajban

Bomlás

• Oxidálószer igény a tajaban – Sztöchiometrikus mennyiség – Talaj oxidálószer igénye (SOD) • Redukált fémek • Szerves szén

– Bomlás

Mellék (köztes) termékek keletkezésének okai

Mellék (köztes) termékek keletkezésének okai

• Az oxidálószer nem éri el a szennyezést • Az oxidálószer tartózkodási ideje az adott területen túl rövid

• Az oxidálószer nem megfelelő megválasztása • Az injektáló kutak elhelyezkedésének nem megfelelő megválasztása • Az injektációs magasság nem megfelelő kiválasztása • egyéb…

- A talajvíz áramlási sebessége - Az oxidálószer elbomlása - A diffúzióhoz, deszorpcióhoz és az beoldáshoz szükséges idő rövidebb az expozíciós időnél

• A szabadfázisok érintkezése a bomlástermékekkel

Szennyezőanyag eloszlás a talajban • Az oxidáció csak akkor megy végbe, ha az oxidálószer és a szennyezőanyag találkozik • A szennyező anyag legnagyobb hányada immobil állapotban található

Szennyezőanyag eloszlás a talajban Reziduális / szabad fázis Szorbeált fázis Oldott fázis

Szennyezőanyag eloszlás a talajban



Melléktermékek (köztes) keletkezésének elkerülési lehetőségei

• Az oxidálószer magas koncetrációban történő alkalmazása • Az oxidálószer tartózkodási (expozíciós) idejének növelése - Folyamatos adagolás - Hidraulikus kontrol - Extrakciós körfolyamat

• Injektálás intezitásának fokozása

Melléktermékek (köztes) keletkezésének elkerülési lehetőségei • Tenzidek adagolása az oxidálószerrel együtt (anionos tenzidek fokozzák a szennyezőanyag vízoldékonyságát) • Injektáció ismétlése a kezelés során

Lehetséges talajszennyező anyagok • Klórozott szénhidrogének PCE, TCE, cisz-DCE, VC, TCA stb…

• • • • • •

BTEX MTBE PAH Nehézfémek Peszticidek Egyéb

Oxidálhatóság, redukálhatóság • ISCO VC - Vinilklorid DCE – Diklór-etén TCE – Triklór-etén PCE – Perklór-etén



Reaktivitás csökken

• • • •

• ISCR TCE, PCE - Triklór-etén, Perklór-etén Reaktivitás csökken

VC - Vinilklorid DCE – Diklór-etén



• Költségek

Talajtisztítási eljárások elvi megvalósításának lehetőségei

Talajtisztítási eljárások elvi megvalósításának lehetőségei • Szennyezőanyag csóva kezelése • Szennyezési gócpont kezelése • Szennyezési gócpont kezelése extrakciós körfolyamattal • Funnel and Gate

Szennyezőanyag csóva kezelése

Szennyezési gócpont

Oxidálószer

Oxidálószer

Szennyezett talajvíz

Reakciós zóna

Kezelt talajvíz


Reakciós zóna

Kezelt talajvíz

Szennyezési gócpont kezelése extrakciós körfolyamattal

Funnel and Gate Cserélhető vagy újratölthető reagens cellák

Oxidálószer

Reakciós zóna

Talajvíz


Kezelt talajvíz

Reakciós zóna Injektáló kutak

Extrakciós kutak

Ózon

Ózon lebomlási útjai a talajban • Direkt oxidáció 2O3 + 3H2O + 6e- = 6 OH• Oxidációs hatás szabadgyökön keresztül O3 + H2O = O2 + 2 OH● • Lebomlás 2O3 = 3 O2

Lánc reakció

Lánc záró reakciók

OH● + 2H2O = HO2● + OH- + 3H+

HO2● + Fe(II) = O2 + H+ + Fe(III)

HO2● = O2-● + H+

HO2● + Fe(II) = HO2- + Fe(III)

OH● + RH = R● + OHR● + O3 + H2O = ROH + O2 + OH●

Fe(II) + O2-● = Fe(II) + O2

Ózon alkalmazásának szempontjai

Ózon alkalmazásának szempontjai

• • • • •

• Hosszabb befecskendezési idő szükséges, mint a többi oxidáns esetében • A szennyeződések esetén lehetséges gázfejlődés/kipárolgás • A felszíni fertőtlenítés egyik lehetséges módja a hosszú idejű befecskendezés, bár ennek hatása gyakran csak alig egy méter a befecskendezés körül és csak ideiglenes a hatása • A karbonát ionok is reagálnak a hidroxil gyökökkel.

Gáz halmazállapotú A helyszínen generátorral történik az előállítása Korlátozott élettartam Relatív alacsony vízoldékonyság (78mg/l) Sztrippelési hatás - Kombinálási lehetőség talajlevegő elszívással - Csatornaképződés lehetséges

• A talaj telítetlen zónáiban is fel lehet használni

Hidrogén-peroxid (Fenton reagens)

Hidrogén-peroxid lebomlási útjai a talajban (fenton reagens) • Direkt oxidáció H2O2 + 2 H+ + 2 e-

=

2 H 2O

• Oxidációs hatás szabadgyökön keresztül H2O2 + Fe(II) = Fe(III) + OH● + OH• Lebomlás 2 H2O2 = O2 + 2 H2O + extrém hőképződés

Lánc reakciók

Lánc záró reakciók

OH● + H2O2 = HO2● + H2O

OH● + Fe(II) = O2 + H+ + Fe(III)

HO2● = O2-● + H+

OH● + Fe(II) = HO2- + Fe(III)

OH● + RH = R● + OH-

O2-● + Fe(III) = Fe(II) + O2

R● + H2O2 = ROH + OH●

Hidrogén peroxid alkalmazásának szempontjai • Biztonsági és munkavédelmi szempontok - 30-50% oldatban használják - Erős hőfejlődés a felszín alatt - gőzképződés lehetséges - a PVC csövek megolvadhatnak a hőfejlődés következtében - O2 fejlődés a bomlás következtében - mérőkutakban túlfolyás lehetséges - sztripping és csőhatás alakulhat ki, csökkenti a hatékonyságot - Extrém hatások miatt a berendezés anyagaival szemben szigorú követelmények

Perszulfát

Hidrogén peroxid alkalmazásának szempontjai • • • •

Alacsony élettartam Magas reaktivitás Magas vízoldékonyság OH● képződés savas pH esetén vagy Fe(II) hatására • Az alacsony pH növeli az oldott fém koncentrációját a talajvízben. • A szennyeződések esetén lehetséges gázfejlődés/kipárolgás.

Perszulfát • Diszulfát – Nátrium-perszulfát (Nátrium-peroxomonodiszulfát) – Kálium-perszulfát – Ammónium-perszulfát

• Monoszulfát – Kálium-peroxo-monoszulfát (KHSO5, KHSO4, K2SO4)

Nátrium perszulfát • Na2S2O8 (perkinsav sója) • Oldhatóság 10°C-on – 515 g/l

• 10 % oldat esetében a pH 3,5-re savanyodik

Perszulfát lebomlási útjai a talajban • Direkt oxidáció S2O82- + 2e- = 2SO42• Szabadgyökök képződése S2O82- + = 2 SO4●SO4●- + H2O = OH● + HSO4• Bomlás Na2S2O8 + H2O = O2 + Na2SO4 + H2SO4

Reakció utak (hidrolízis)

Gyökös aktiválás

• Semleges pH S2O82- + H2O = 2 HSO4- + O2

• Hő-közlés S2O82- = 2 SO●4-

• Savas pH S2O82- + 2 H2O = 2 HSO4- + H2O2

• Fe(II) katalízis S2O82- + Fe(II) = SO4- +

• Erősen savas S2O82- + H2O = H2SO5 + SO42-

• Sav katalízis S2O82- + H2O + H+ = HSO4- + H2SO4-

Lánc-reakció

SO●4- + Fe(III)

Lánc záró lépések

SO4-● + RH = R● + HSO4-

SO4-● + Fe(II) = Fe(III) + SO42-

SO4-● + H2O = OH● + HSO4-

OH● + Fe(II) = Fe(III) + OH-

OH● + RH = R● + H2O R● + S2O82- = SO4-● + HSO4- + R

R● + Fe(III) = Fe(II) + R 2R● = Lánc zárás

SO4-● + OH- = OH● + SO42-

Kezelés hatékonysága CH-ek BTEX Fenol PAH Klórozott etén MTBE Klórozott etán Pesticidek PCB

Sztöchiometria (perszulfát) irányítási lehetőségek (NaOH) • Aktiválás lúggal 2Na2S2O8 + C2Cl4 + 8 NaOH = 4Na2SO4 + 2 CO2 + 4NaCl + 4 H2O

Perszulfát alkalmazásának szempontjai

Reaktivitás perszulfát • • • • • •

Perszulfát alkalmazásának szempontjai • Fe(II) nem aktiválja hatékonyan a perszulfátot a klóretánnal és metánnal. Mindazonáltal lúgos körülmények között lefolytatott új kísérletek eredményesnek mutatkoznak a szennyeződésekkel szemben. • A vas katalizáló hatása a befecskendezéstől az idővel és távolsággal csökken. Ez köszönhető egyrészt az oldott Fe(II) csekély fokú transzportjának a talajban vagy a vas kimerülése amely aktiválja perszulfáttal.



• • • •



• Költségek

Egyszerűen kezelhető Magas vízoldékonyság (500 g/l) Relatív stabil (hetek) Direkt oxidáció és szabadgyök képződés Vízveszélyességi osztály 1 Talajvízbe juttatás következtében megnő a talajvíz só-koncentrációja

Perszulfát alkalmazásának szempontjai • A perszulfát lebomlása savanyítja környezete pH értékét, amely a talajvízben az oldott fém koncentrációnövekedéséhez vezethet. A természetes föld pufferkapacitása csökkentheti ezt a jelenséget. • A perszulfát oldhatja a puha fémeket mint például a rezet vagy az ónt. A szerkezeti anyagoknak el kell viselnie a perszulfát hosszú távú hatását. Erre megfelelő anyagok a rozsdamentes acél, a nagy sűrűségű polietilén vagy a polivinilklorid.

Permanganát

Permanganát lebomlási útjai a talajban

Permanganát alkalmazásának szempontjai

• Direkt oxidáció MnO4- + 2H2O + 3e- = MnO2 (s) + 4 OH-

• Nagyon stabil (hónapok) • Vízoldékonyság

• Bomlás 4 NaMnO4 + 2H2O = 3O2 + 4 NaOH + 4 MnO2

• Vízveszélyességi osztály 3 • A keletkező MnO2 csapadék csökkentheti a talaj permeabilitását. • Magas reaktivitás a talajmátrixal • Egyszerű kezelés az injektálásnál • Viszonylag pH független reakció (3,5-12 pH)

- NaMnO4 400 g/l - KMnO4 60g/l

Permanganát alkalmazásának szempontjai

Kálium-permanganát és klórozott szénhidrogének reakciói

• A permanganát nem tudja hatékonyan oxidálni a benzolt, klórozott benzolt, MTBE-t, széntetrakloridot és klórozott etánt. • A kezelés során a permanganát mobilizálhatja a talajban lévő fémeket azáltal, hogy oxidálja azokat, illetve megváltoztatja a környezetük pHját. • Agresszív reakció léphet fel, a permanganát 10%-nál nagyobb koncentrációban történő alkalmazása során.

• Perklóretén 4KMnO4+3C2Cl4+4H2O = 6CO2+4MnO2(s)+4K++12Cl-+8H+ • Triklóretén 2KMnO4 + C2HCl3 = 2CO2 + 2MnO2(s) + 3Cl- + H+ + 2K+ • Diklóretén 8KMnO4+3C2H2Cl2+2H+ = 6CO2+8MnO2(s)+8K++6C-+4H2O • Vinil klorid 10KMnO4+3C2H3Cl = 6CO2 + 10MnO2(s) + 10K+ + 3Cl- + 7OH- + H2O

Reakciós utak a lebontás során

Klórozott szénhidrogének Oxidálószer igénye MnO2 keletkezés (g MnO2 / g szennyező anyag)

Molekula tömeg (g/mol)

Permanganát igény (g MnO4- / g szennyezőanyag)

Tetraklór-etén

165,6

0,96

0,7

Triklór-etén

131,2

1,81

1,32

Diklór-etén

96,8

3,28

2,39

Vinil-klorid

62,4

6,35

4,64

Fenol

94,1

11,8

8,62

Naftalin

128,2

14,8

10,8

Szennyező komponens

Fenantrén

178,2

14,7

10,7

Pirén

202,3

14,5

10,6

Hangyasav

Glikolsav

Glüoxilsav

Oxálsav

Keletkező köztes termékek példa

Nátrium-permanganát reakciója perklór-eténnel

Kalcium peroxid lebomlási útjai a talajban

Kalcium peroxid

• Direkt oxidáció CaO2 + 2 H2O + e- = Ca(OH)2 + 2 OH• Bomlás / Hidrolízis 2 CaO2 + 2H2O = 2 Ca(OH)2 + O2

Kalcium peroxid alkalmazásának szempontjai • Nagyon alacsony vízoldékonyság (<1g/l) - Hosszú élettartam a szilárd fázisnak köszönhetően

• Alacsony reaktivitás • Fő felhasználási területek - Feltöltő anyagként (Funnel and Gate) - Biotikus folyamatok számára értékes oxigén forrás

Oxidálószerek alkalmazhatósága

Peroxid

Oxidáló szer

H2O2/Fe Fenton

Bontható szennyezőanyagok TCA, PCE, TCE, DCE, VC, BTEX, CB, fenol, 1,4dioxin, MTBE, TBA, robbanóanyagok (TNT)

Közepesen bontható szennyezőanyagok DCA, CH2Cl2, PAH, szén-tetraklorid, PCB

Kevéssé bontható szennyezőanyagok

Ózon

Permanganát

Perszulfát

Vízzel telítetlen zóna kezelése

Eredményesen alkalmazható


Eredményesen alkalmazhat ó


Potenciális káros hatás

Gáz fejlődés, hőfejlődés, melléktermék, fémek immobilizálása

Gáz fejlődés, melléktermék, fémek immobilizálása

Melléktermék, fémek immobilizál ása

Melléktermék, fémek immobilizálása

Erős hatása lehet a pH-ra, figyelembe kell venni a kezelés során a p-lúgosságot

Erős hatása lehet a pHra, figyelembe kell venni a kezelés során a p-lúgosságot

Erős hatása lehet a pH-ra

Erős hatása lehet a pH-ra, figyelembe kell venni a kezelés során a plúgosságot

Gyorsan degradálódik a talajban

Stabil szerkezet, kedvező a szennyezett zónában való szétterjedés szempontjáb ól

Stabil szerkezet, kedvező a szennyezett zónában való szétterjedés szempontjából

CHCl3, peszticidek

Ózon

PCE, TCE, DCE, VC, BTEX, CB, fenol, MTBE, TBA, TNT

DCA, CH2Cl2, PAH

TCA, szén-tetraklorid, CHCl3, PCB, peszticid

pH / lúgosság

Ózon/H2O2

TCA, PCE, TCE, DCE, VC, BTEX, CB, fenol, 1,4dioxin, MTBE, TBA, robbanóanyagok (TNT)

DCA, CH2Cl2, PAH, szén-tetraklorid, PCB

CHCl3, peszticidek

Ellenálló képesség, stabilitás

Gyorsan degradálódik a talajban, ha nem alkalmazunk inhibitorokat is

Permanganát (Na/K)

TCE, PCE, DCE, VC, BTEX, PAH, fenol, robbanóanyagok (TNT)

Benzol, peszticidek

TCA, szén-tetraklorid, CHCl3, PCB

Oxidáló szer mennyisége

A talajszennyezés oxidáló szer igényét nagymértékben befolyásolják a talaj tulajdonságai és a szennyező komponensek mellett jelenlévő egyéb oxidálható komponensek.

Aktív perszulfát

PCE, TCE, DCE, VC, BTEX, CB, fenol, 1,4dioxin, MTBE, TBA

PAH, robbanóanyagok, peszticidek

A talaj permeabilitás és heterogenitás

A talajba jutatott oxidálószer elterjedését meghatározzák az adott terület speciális jellemzői.

PCB

Redukciós eljárások áttekintése • Fe0 ZVI (Zero-Valent-Iron) - In Situ nano-vas technológia

Redukciós eljárások áttekintése

• Fe2+ - ásványok - Fe(III) ásványok Fe(II) ásvánnyá alakulnak - Fe (II) ásványok redukálószerként hatnak a talajban - Nehézfém szennyezésekre hatnak

• További redukáló módszerek - Nátrium-toinit (Na2S2O4) - Kalcium-szulfit (CaSx)

Nano-Vas (ISCR) 10 Centimeter

Fe2+ ásványok • 10 11Nanometer Centimeter Mikrometer •10 Centimeter 100 Mikrometer Mikrometer Nanometer

• Vas-szulfid (FeS) • Vas-oxid (Fe3O4) stb… • Felületen katalizált reakciók • Szennyezőanyagok lebomlási mechanizmusa (nem keletkezik Vinilklorid)

CERN http://microcosm.web.cern.ch/microcosm

Redukciós lebomlás

Természetes vas körforgás a talajban Folyamatos vas reaktor

Illékony halogénezett szénhidrogének

β - elimináció

Szerves komponensek

Szulfid, mikroorganizmusok, szerves komponensek ásványok

ásványok

Pirit

Kémiai redukció nanovassal

Geotit

In situ kémiai oxidáció és redukció összehasonlítása

Vas-oxid

• Részecskék - Méret ~70 nm - Aktív felület ~30 m2/g - Anyagösszetétel 75% α-vas 25% Fe3O7

• Reakció utak a talajban 2 Fe0 + O2 + 2 H2O = 2 Fe2+ + 4 OH2 Fe0 + 2 H2O = 2 Fe2+ + 2 OH- + H2 2 Fe0 + R-X + 2 H2O = 2 Fe2+ + R-H + X + OH-

Költségek

PCE / TCE

Jó lebomlás

Jó lebomlás

DCE / VC

Nagyon lassú

Nagyon jó lebomlás

BTEX / PAH

-

Bomlási seb. PCE / TCE

Jó lebomlás

Közepesen gyors

Gyors

Relatív alacsony

Relatív magas

MNA??? Maradék káros anyag

1000 kg PCE eltávolításának költsége Oxidálószer

Költség

Költség

Sztöchiometrikus

Bomlással

Perszulfátos talajkezelés költsége Példa

EZER EURO

Költségek

Futó költség Beruházási költség Oxidálószer

• Szennyezési góc kezelés • PCE szennyezés, 1000 kg eltávolítása • A szennyezés 800 m2-en és 8-12 m mélyen helyezkedett el • Laza homokos talaj • Mandzsettás injektáló kút 200 db mandzsettával

Perszulfátos talajkezelés költsége Példa Futó költség

Kiegészítő mérések, vizsgálatok Tervezés

Monitoring (ellenőrzés) E EUR

Fúrás

Kalcium-peroxidos talajkezelés költsége Példa • • • •

Szennyezési góc kezelése Vinilklorid szennyezés Finom homokos talaj A szennyezés 900 m2-en és 3-5 m mélyen terült el • Gravitációs injektálás 10 kúton keresztűl

Injektálás

Kalcium-peroxidos talajkezelés költsége Példa

Kalcium peroxid

Monitoring

• Szennyezési góc kezelése • Finom homokos talaj • A szennyezés 6-12 m melyen helyezkedett el • Gravitációs úton injektálás

Tervezés

E EUR Fúrás

Injektáció



Összefoglalás

Kiegészítő mérések, vizsgálatok Perszulfát

Tervezés

E EUR

Monitoring

Fúrás Injektáció

Összefoglalás

Összefoglalás

Talajtisztítási eljárások

Recommend Documents