Talajvédelem XII. Kármentesítés Talajtisztítási módszerek

Talajvédelem XII. Kármentesítés Talajtisztítási

módszerek

Új iparág kialakulása: „kármentesítés”

Kármentesítés szakaszai 



1995. évi LIII. Törvény 18.§-a Kármentesítés szakaszai: a, tényfeltárás b, műszaki beavatkozás c, utóellenőrzés

Tisztítási technológia kiválasztását befolyásoló szempontok      

- szennyező anyag fajtája, kémiai-fizikai tulajdonsága - szennyezés helye, regionális viszonyok - anyagi források - körny. védelmi követelményrendszer - különleges helyi adottságok, terület funkciója - lakossági és szakhatósági akceptálhatóság

Környezeti kockázat csökkentésének lehetősége



Megoldások: - szennyezett területet nem kezelik, módosítják a területhasználatot - lokalizálják a szennyezett területet - talajcsere

Kármentesítési technológia In situ

Ex situ

On site

Off site

Tisztítás szerinti módszerek Módszerek Fizikai

Kémiai

Termikus

Egyéb

Több szennyezett terület esetén a fontossági sorrend Szempontjai: -emberi környezet veszélyeztetése - vízbázisok védelme - szennyezőanyag terjedése - felszíni befogadó közelsége - természetvédelmi terület, vízgazdálkodási terület közelsége - műemléki védelem



In situ: (eredeti helyzetben). Ide tartozik valamennyi olyan technológia amikor a szennyeződött földtani közeget, felszín alatti vizet olyan eljárással tisztítják meg a szennyező anyagtól, hogy tisztítás során nem termelik ki a szennyezett földet és a tisztított felszín alatti vizet visszaszikkasztják a munkaterületen belül.

In situ biológiai eljárások 

- Természetes szennyezőanyag

csökkentés  - Természetes biodegradáció fokozása  - Bioventiláció  - Bioremediáció

Természetes csökkenés a talajban Alkalmazási korlátok:

a

terület részletes feltárása és hosszú távú megfigyelése drágább lehet, mint egyéb "aktív" mentesítési technológia; egyes transzformált bomlásközi szennyezők toxikusabbak lehetnek, mint az eredeti anyag; hasadékos közegben (karsztos területek) a szennyezés terjedése kiszámíthatatlan, helyben tartása nehézkes; a felszín alatti vizek szennyezése miatt a vízkészlet használatáról le kell mondani; nem víz fázisú folyadékok vagy szabad fázisban lévő szennyezők eltávolítása a természetes lebomlás előtt szükséges lehet; fémek csak ideiglenesen válnak immobilissá, mert a természetes lebomlás során a talajban újra oxidált környezet jön létre.

Bioventiláció 

Lényege: A szennyezett talajban a biológiai lebontást oxigénbevitellel serkentik. A talajban természetesen jelenlévő mikroorganizmusok számára a bejutatott oxigén segítségével az aerob úton lebontható szennyezők eltávolításának sebessége fokozható.

Alkalmazási korlátok: a

magas talajvízállás (1-2 m), telített talajlencsék és kis áteresztőképességű közeg; kivételesen alacsony nedvességtartalom; a talajfelszínen eltávozó gázok megfigyelése szükséges lehet; az alacsony hőmérséklet csökkenti a remediáció sebességét.

A bioventillációs eljárás vázlatos felépítése

Bioremediáció 

Lényege: A szerves szennyezők mikrobák általi eltávolításának érdekében vizes oldatot cirkuláltatnak a szennyezett közegen keresztül. A vizes oldatban lévő tápanyag és oxigén a talajban jelenlévő mikrobák aktivitását növeli és felgyorsítja a szennyezők lebontási folyamatát.

Alkalmazási korlátok: a

vizes oldat cirkuláltatása következtében a szennyezők mobilitása növekedhet, amely a mélyebb rétegek vizének tisztítását is szükségessé teheti; számítani lehet a beszivárogtató kutak mikrobák általi eltömődésére; nem alkalmazható agyag, erősen rétegzett vagy heterogén közeg esetén az oxigén átvitel korlátozása miatt; nagy koncentrációjú nehéz fémek, hosszú láncú szénhidrogének, vagy szervetlen sók mérgezőek lehetnek a mikroorganizmusok számára; a lebontás sebessége a hőmérséklet csökkenésével fordítottan arányos; a talaj szerkezete és összetétele megakadályozhatja a szennyezőanyag és a mikroorganizmusok érintkezését.

Az in-situ biodegradációs eljárás alkalmazása talaj és talajvíz remediációjára

Talajműveléses kezelés 

Lényege: Felszíni szennyezések esetén a biológiai lebontás elősegítése érdekében a szennyezett felszínt felszántják, ezáltal a szennyezők aerob lebontásához szükséges oxigén bevitelével a lebontási folyamat sebességét gyorsítják.

Alkalmazási korlátok: nagy

területre van szükség; a biológiai lebontás feltételeinek szabályozása nehézkes, a természetes folyamatok (csapadék, hőmérséklet) a lebontási folyamatot erősen befolyásolják, elnyújthatják; a szervetlen szennyezők nem bomlanak le; a légszennyezés elkerülése érdekében az illékony komponensek előzetes kezelése szükséges lehet; elsősorban szántás idején a porzás elleni védelemről gondoskodni kell; fém ionok toxikusak lehetnek a mikrobák számára és a szennyezett talajból a mélyebb rétegekbe mosódhatnak; a kezelhető réteg maximális vastagságát a szántási mélység határozza meg (kb. 50 cm) a csurgalékvizek összegyűjtéséről megfigyeléséről és/vagy kezeléséről gondoskodni kell; környezeti adottságok (terepesés, erózió) akadályozhatják a módszer alkalmazását.

Fitoremediáció Lényege: A szerves vagy szervetlen szennyezések eltávolítása, megkötése a növények segítségével történik.  Fitostabilizáció  Fitoextrakció  Fitovolatizáció során a növény gázneművé alakítja és légtérbe juttatja a szennyezőanyagokat (Hg, As, Se)  Fitodegradáció esetében a növény maga, vagy gyökerének morfológiája segítségével elbontja, mineralizálja a biodegradálható vegyi anyagokat. Szerves anyagok átalakítására alkalmazzák elsősorban(szerves oldószerek,olajszennyeződés, robbanóanyagok).  A rhizotofiltráció lényege, hogy a növények gyökérzete és a gyökérzónában élő mikroorganizmusok együttműködve kötik meg (adszorbeálják), szűrik ki és bontják le a vízben található szennyezőanyagokat. Így elsősorban szennyvizek, csurgalék

vizek kezelésére alkalmas módszer.

Fitoextrakció 





Fitoextrakció során magasabb rendű növényeket alkalmaznak szennyezett talajok megtisztítására. Ezt az eljárást nehézfémek eltávolítására alkalmazzák leginkább(Pb,Zn,Cd…) A növények számára könnyen felvehetővé válnak a fémek, ha kelátképzőt (pl. EDTA) juttatunk a talajba (indukált fitoextrakció). A növények betakarítása és feldolgozása nagy figyelmet igényel,mivel ezek veszélyes hulladéknak minősülnek.

Fitostabilizáció 





Fitostabilizáció során a szennyezőanyagot kémiailag stabilabb, kevésbé oldékony, kevésbé mozgékony és kevésbé mérgező formájúra alakítják át. Elsősorban a kimosódás elleni védelem érdekében lényeges. A technológia során különféle adalékanyagokkal kezelik a szennyezett területet, amit később növénytakaróval fednek le. Cél a szennyező anyagok helyszínen történő immobilizálása.

Alkalmazási korlátok: a

mentesített közeg mélységét a növényzet gyökérzóna mélysége határozza meg (általában csak sekély mélység esetén alkalmazható); nehézfémek magas koncentrációja toxikus lehet a növényekre nézve; szezonális lehet 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 végtermék mobilizálódhat, bekerülhet a felszín alatti vizekbe, majd felhalmozódhat az állatok szervezetében.

Egyszerű fitoremedáció

In situ fizikai –kémiai eljárások - Pneumatikus fellazítás  - Talajlevegő kiszívása és kezelése  - Talaj vizes mosása  - Vitrifikáció  - Hőkezelés 

Elektrokinetikus szétválasztás 

Lényege:

Eltávolítja a fémeket és szerves szennyezőket a rossz áteresztő képességű talajokból, iszapból, elektrokémiai folyamatok útján deszorbeálja majd eltávolítja a fémeket és poláros szerves szennyeződést

Alkalmazási korlátok: 





 

a hatékonyság jelentősen lecsökken, ha a szennyezett közeg nedvességtartalma 10% alatt van (a legnagyobb hatékonyság 14-18% nedvességtartalom között érhető el); semleges elektródákat mint pl. szén, grafit, platina kell használni, hogy maradék szennyezés ne kerüljön vissza a talajba. Fémes elektródák oldódhatnak elektrolízis során; a módszer leghatásosabb agyagban, vagy agyagos talajban, az agyagásványok negatív felületi töltése miatt; oxidáció/redukció következtében nem kívánatos melléktermékek is keletkezhetnek (pl. klórgáz) föld alatti fémtárgyak, szigetelőanyagok a vízáteresztő képességet erősen befolyásolják.

Az in-situ elektrokinetikus szeparáció folyamata

Repesztéses fellazítás 

Lényege: Alacsony áteresztő képességű vagy tömör rétegekben hatékony módszer, amelynek segítségével a kőzetben mesterséges repedéseket hoznak létre. Ez növeli számos in situ technológia hatásfokát és gyorsítja a gázok kitermelését.

Alkalmazási korlátok: földrengésveszélyes

területeken nem

alkalmazható; nem agyagos talajokban a repedések záródására lehet számítani; a terület részletes feltárása szükséges (közművek, stb.); elképzelhető, hogy az üregek elősegítik egyes szennyezések nemkívánatos mozgását is (pl. a nem víz fázisú folyadékok mozgása a vízadó alján).

Talajmosás 

Lényege: Vizet vagy egyéb adalékot is tartalmazó vizes oldatot juttatnak a szennyezett közegbe a szennyezés kioldásának fokozása érekében. Cél a talajvíztükör olyan mértékű megemelése, hogy a szennyezett talajteret elérje, s lehetővé tegye a szennyezések feloldását.

Alkalmazási korlátok: a

mosó folyadék és a talaj kölcsönhatása következtében a porozitás, ezáltal a szennyezés mobilitása csökkenhet; alacsony áteresztő képességű vagy heterogén közeg mentesítése nehézkes; 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.

In-situ talajmosatás

Átlevegőztetés 

Lényege: Kitermelő kutakat létesítenek, amelyeket vákuum alá helyeznek. Vákuum hatására kialakuló nyomás eredményeként az illékony gáz fázisú szennyezők eltávolíthatók.

Alkalmazási korlátok: finom

szemcséjű talajokban és magas nedvességtartalom (telítetthez közeli) esetén nagyobb vákuum alkalmazása szükséges, mely a költségeket növeli és gátolja a módszer alkalmazhatóságát; erősen változó áteresztőképességű és rétegzettségű talajokban a hosszú szűrőzött szakaszok kívánatosak, ennek hiányában sokszor egyenetlen gázkitermelés alakul ki; magas szerves-anyag tartalmú talajok nagy szorpciós képessége miatt csökken a kitermelhető szennyezők mennyisége; szükséges lehet a kitermelt gázok tisztítása; a gázkezelés után a folyadék elhelyezéséről, kezeléséről gondoskodni kell; a használt szénszűrők regenerálása, lerakása is feladat; telített zónában a rendszer nem hatékony, bár talajvízszint süllyesztéssel kiterjeszthető az alkalmazhatóság (ezért meg kell fontolni a felúszó szennyezésekkel való foglalkozást is).

In-situ talajpára-kitermelés és kezelés

Hőmérséklet növeléssel segített talajpára kitermelés



Lényege: A félig illékony szennyezők eltávolításának hatékonysága növelhető a hőmérséklet emelésével. Hőmérséklet növelésére forró levegőt vagy gőzt fuvatnak a talajba, vagy elektromos fűtést alkalmaznak.

Vitrifikáció 



Más néven talajüvegesítés, a szennyezett talaj magas hőmérsékleten (1200°C-on) történő megolvasztása, melynek során a talaj szilikátjaiból üvegszerű, amorf vagy kristályos szerkezetű szilárd anyag keletkezik, a szerves szennyezőanyagok deszorbeálódnak és/vagy pirolízissel elbomlanak, a toxikus fémek pedig immobilizálódnak. Célja: a talajban található szennyező anyagok, mint például nehéz fémek, radioaktív maradványok vagy peszticidek megkötése és ezáltal ártalmatlanítása.

A vitrifikáció kivitelezhető in situ vagy ex situ formában is. Ex situ termikus eljárás: a szennyezett talajt magas hőmérsékleten megolvasztják In situ fizikai-kémia eljárás: elektródákat helyeznek a talajba, és elektromos áram segítségével megolvasztják a talaj szilikátjait

In situ vitrifikáció Megszilárdult olvadék

Ex situ eljárások: ( nem eredeti helyzetben)

- ex situ on site - ex situ off site

Módszerek Biológiai Fizikai Kémiai

Bioágyas remediáció  Lényege: Az adalékokkal összekevert szennyezett talajt a talajfelszínen szétterítik. A szénhidrogénnel szennyezett talajok tisztítására alkalmas. A biológiai lebontás fokozható tápanyag, nedvesség tartalom, oxigén, megfelelő hőmérséklet és pH beállításával.

Alkalmazási korlátok:

a

szennyezett talaj kitermelése szükséges; kísérletekkel kell megállapítani az adott szennyezés biológiai lebonthatóságát, az oxigén és tápanyagbevitel mértékét; halogénezett komponensek esetében a kezelés hatásfoka megkérdőjelezhető; a statikus kezelés kevésbé egyenletes tisztításhoz vezet (a rendszeres forgatáshoz viszonyítva).

Ellenőrzött, szilárd fázisú bioágyas talajkezelés

Talajmosatás  Lényege: A talaj finom frakciójához kötött

szennyezőket mosás segítségével elválasztják a talaj többi részétől. A talajmosás nagyon ígéretes mentesítési technológia, elsősorban nehézfémek, radioaktív anyagok és szerves szennyezők eltávolítására. Ennek ellenére ipari alkalmazása nem igazán terjedt el

Alkalmazási korlátok: - komplex szennyezés esetén a mosó folyadék optimális kiválasztása nehéz; - magas humusztartalom esetén előzetes kezelésre lehet szükség; - az agyagszemcsékhez kötött szerves szennyezők eltávolítása nehézkes lehet; - mosóoldat ill. a kezelt talajban maradó mosóoldat további kezelést igényelhet.

A talajmosatásos eljárás folyamata

Égetés Lényege: 



Magas hőmérsékleten, 870-1200 C-on égetik el (oxigén jelenlétében) a halogénezett és egyéb nehezen kezelhető, veszélyes szerves szennyezőket. A megfelelő égés gyakran csak kiegészítő fűtőanyaggal biztosítható. Az eltávolítás hatásfoka megfelelően működtetett égetőben meghaladja a 99,99%-ot. A távozó gázok és a salak kezelése szükséges.

Alkalmazási korlátok: szükséges

lehet a hamuban felhalmozódó nehézfémek stabilizálása; a betápláló ágban a fémek reakcióba léphetnek egyéb elemekkel, (mint pl. klór, kén) illékonyabb és toxikusabb vegyületeket alkotnak a kiindulási állapotnál; a nátrium és a kálium alacsony olvadáspontú hamut képezhet, mely megtámadhatja a tégla szigetelést, bűzös réteget képezve a kürtőben; a hulladék méretére és anyagkezelésre vonatkozó speciális igények az alkalmazhatóságot adott helyen erősen befolyásolhatják; az illékony nehézfémek miatt füstgáztisztítás szükséges.

Pirolízis Lényege: 

A pirolízis oxigén nélkül a szerves anyagokban hő hatására létrejövő kémiai lebomlás/átalakulás. A szerves anyagok különböző gázokra és szilárd anyagokra (pl. koksz) bomlanak. A pirolízis általában nyomás alatt, 430 oC feletti hőmérsékleten zajlik le. A keletkező gázok további kezelést igényelnek.

Alkalmazási korlátok: speciális

anyagkezelési és adagoló méreti előírások befolyásolhatják az alkalmazhatóságot és a költségeket is; a szennyezett közeg szárítása szükséges, 1% alatti nedvességtartalom kívánatos; magas nedvességtartalom növeli a mentesítés költségét; a kezelt anyag nehézfém tartalma miatt stabilizálásra is szükség lehet.

Kitermelés, elszállítás és deponálás talajcserével 

Lényege: A szennyezett talajt kitermelik,

kezelőtelepre és/vagy lerakóra szállítják. Már a lerakóhely létesítése előtt gondos vizsgálatokkal kell kiválasztani a legalkalmasabb területet. A tervezés során a szigetelés, a csapadékvizek hatékony elvezetése, valamint a hosszú távú megfigyelést lehetővé tevő monitoring rendszer kialakítása a legfontosabb követelmény. Végleges lerakók esetében a lerakó teljes élettartama alatt szükséges a megfigyelés és karbantartás.

Talajcsere (Cianid + PAH)

Alkalmazási korlátok: a

kitermelés során felszabaduló gázok keletkezése problémát okozhat; a legközelebbi alkalmas lerakóhely távolsága a mentesítendő területtől nagymértékben befolyásolja a költségeket; a szennyezett talaj mennyisége, elhelyezkedése; a szennyezett talaj szállítási útvonalán a települések ellenállására is lehet számítani; radioaktív szennyezések, vagy vegyes szennyezések lerakására nagyon kevés alkalmas terület van; a lerakó nem megfelelő kialakítása vagy üzemeltetése szag, bűz vagy egyéb (rovar, szúnyog, légy) problémákat okozhat.

Olajszennyezett talaj/talajvíz kármentesítése

LNAPL szennyezés kármentesítése Szennyező forrás

párolgás

LNAPL

olajlencse oldódás

Talajvíz áramlás

agyagréteg

• Talajcsere (< 6m) • Olajlencse eltávolítása • A talajvíz kiszivattyúzása és kezelése • A telítetlen talajréteg bioszellőztetése • Reaktív gátak (bioscreen)

DNAPL szennyezés kármentesítése Szennyező forrás

• Talajcsere (< 6m) • A talajvíz kiszivattyúzása és kezelése • A telítetlen talajréteg bioszellőztetése • Reaktív gátak (bioscreen)

párolgás

oldódás

DNAPL Talajvíz áramlás

elsüllyedt réteg

agyag réteg

• Elsüllyedt réteg eltávolítása?

Talajtisztítás a talajgáz és talajvíz kiszivattyúzásával, kezelésével

Olaj

talajvíz

A talajvíz kiszivattyúzása és kezelése

a víztisztítóhoz

talajvízszint

szennyezés Nem túl hatékony: • • • • •

VOC kis oldhatóságú deszorpció szükséges lassú folyamat több víz szükséges csökkenti a talajvízszintet

szűrő

(Bio)szellőztetés

• A VOC elpárologtatása • O2 adagolás • Csak a telítetlen rétegben • Talajvíz-kivétellel kombinálva • Csak homok- és szerkezetes agyagtalajokban

a levegőtisztítóhoz

levegő

levegő

Levegőztetés

forrás

maradék telítettség olajlencse

• Levegő injektálása a talajvízbe • „Kigőzölés” (sztrippelés) levegőbuborékokkal • Párologtatás • O2-adagolás  biodegradáció

levegő a levegőtisztítóhoz