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

Átírás

1 In situ gáz fázisú oxidálószer alkalmazási tapasztalatai BTEX, MTBE, TBA vegyületekkel szennyezett rétegvízben Halmóczki Szabolcs, Dr. Gondi Ferenc, BGT Hungaria Kft Március KÁRMENTESÍTÉS AKTUÁLIS KÉRDÉSEI KSZGYSZ

2 A gázfázisú oxidációs félüzemi kísérlet célja Reaktív permeábilis zóna létrehozása gázfázisú oxidálószer besajtolásával, amely a felszín alatti környezetben a szennyezőanyag fluxus in situ csökkentésére szolgál elsősorban abiotikus úton. Kezelt csóva Permeábilis reaktív zóna Gócterület Oldott csóva 3/22/ kép

3 Gázbesajtolásos ( Sparging ) technológiák (Lundegard 1995) 3/22/ kép

4 CPT-MIP diagnosztika Földtani felépítés, BTEX vegyületek eloszlása vízszint 3/22/ kép

5 Oldott szennyező anyagok A félüzemi kísérletek olyan rétegvízben történtek, amelyben a BTEX koncentráció tízezer µg/dm 3 nagyságrendű, az MTBE koncentráció ezer µg/dm 3 nagyságrendű, a TBA koncentráció több száz µg/dm 3 nagyságrendű volt. M3 M3/1 M3/2 vegyület mértékegység szűrőzés: m szűrőzés: 9,5-12,5 m szűrőzés: 6,5-9,5 m Benzol µg/dm BTEX összesen µg/dm Etilbenzol µg/dm <1 MTBE µg/dm terc-butanol µg/dm Toluol µg/dm3 28 2,2 1,2 Xilolok összesen µg/dm <2 3/22/ kép

6 MTBE fizikai-kémiai jellemzői Jól oldódik vízben mg/l (MTBE) 1780 mg/l (benzol) Alacsony Koc (kevésbé adszorbeálódik) MTBE: 11 ml/g Benzol: 80 ml/g Alacsony benzin-víz megoszlási hányados Kfw (hajlamosabb kilépni az önálló fázisból a vízbe) MTBE: 15,5 ml/g Benzol: 350 ml/g Alacsony Henry-konstans (oldatából nem hajlamos kipárolgásra) MTBE: ~ 0,02 Benzol: 0,22 Gőznyomás (illékony saját fázisából) MTBE: 200 Hg 20 o C Benzol: 76 Hg 20 o C Alacsony retardáció (az MTBE terjedési sebessége közel egyezik a vízével) MTBE: 1,05 Benzol: 1,6 3/22/ kép

7 A kísérletek helyszíne, tesztcellák elrendezése 3/22/ kép

8 Injektáló kutak kialakítása 3/22/ kép

9 Mi történik a felszín alatti vízben? A különleges besajtoló kutakban az ózon/levegő gázkeverék hidrogén peroxiddal kerül érintkezésbe, ennek során hidrogén-peroxid bevonatú ózon/levegő gázbuborékok keletkeznek. Az ózon és a hidrogén-peroxid reakciója során hidroxil gyök is keletkezik, amely a fluor után a legerősebb oxidálószer. Az in situ kezelés során a felszín alatti környezetben tehát három erős oxidálószer (hidroxil gyök, ózon, hidrogén-peroxid) egyidejűleg van jelen. A buborékok kis mérete miatt a reaktív fajlagos felület nagy. A gázbuborékokba a Henry törvény értelmében belépnek a szennyezőanyagok, minél nagyobb a Henry-állandójuk, annál intenzívebben (extrakciós mechanizmus). Ezzel egyidejűleg a gázfázisú ózon beoldódik a vízbe. Mindkét mechanizmus (extrakció és beoldódás) révén kapcsolatba kerül az oxidálószer a szennyező anyagokkal, és lehetőség nyílik a vegyi anyagok roncsolására. A buborékok kis mérete miatt a felhajtó erő következtében emelkedési sebességük kicsi, homok képződményben legfeljebb néhány mm percenként. Ez megnöveli a szennyező anyagok és a reagens érintkezési idejét, javítva ezzel az eljárás hatékonyságát. A hidroxil gyök és az ózon felezési ideje a felszín alatti vízben néhány óra, legfeljebb néhány nap, bomlástermékük azonban részben oxigén, amely a szennyezőanyagok aerob mikrobiológiai lebomlását támogatja. 3/22/ kép

10 Gázbesajtolás különleges kialakítású injektálófejekből A mikroporózus szűrőn keresztül mikrométer tartományba (10-50 µm) eső reaktív FORMATION gázbuborékok OF préselődnek COATED a szennyezett MICROBUBBLES felszín alatti vízbe Mikroporózus henger MICROPOROUS SCREEN LIQUID (HYDROGEN PEROXIDE) Folyékony GAS hidrogén- (OZONE) peroxid injektálófej COATED Hidrogén-peroxid MICROBUBBLE bevonatú gázbuborékok EXTERNAL MICROPORE SCREEN GAS CENTRAL CHANNEL GAS SIZER FILTER Ózon-levegő gázkeverék US PATENT 6,436,285 POROUS LIQUID-FILLED BEAD LAYER 3/22/ kép

11 Mi történik a hidrogén-peroxid bevonatú buborékban és környezetében? O 2 H 2 O 2 Folyadék membrán OH OH O 3 O 2 O 2 O 2 H 2 O 2 O 3 Gáz fázis O 3 H 2 O 2 O 2 OH O 2 OH H 2 O 2 O 2 CO 2, O 2, H 2 O Kémiai reakciók a folyadék és gáz fázisban is. 3/22/ kép

12 Kémiai reakciók 2O 3 + H 2 O 2 2OH + 3O 2 és egy sor egyéb mellékreakció... O 3 + HO 2 - O HO 2 szuperózon anion hidroperoxid gyök O H + HO 3 Hidrogén-trioxid 3/22/ kép

13 Oxidation Potential (V) Oxidálószerek szennyező vegyi anyagok 3 Oxidation Potentials Oxidants vs. Contaminants 2,5 2 1,5 1 0,5 1,2 1,7 1,8 2,1 2,4 2,8 2,8 : Aromatics (poly). e.g. PAH : Aromatics (mono). e.g. BTEX C=C: Alkenes e.g. Chloroethenes C-H: Alkanes e.g. Mineral Oil 0 O2 MnO4 H2O2 O3 (molecular) O3 (gas) Fentons Reagens Perozone Available Oxidants 3/22/ kép

14 Gázfázisú oxidációs rendszer injektáló és monitoring kútjai 3/22/ kép

15 Gázfázisú oxidációs rendszer Vegyi anyag tárolás, elosztás, vezérlés 3/22/ kép

16 A gázfázisú oxidációs rendszer főbb elemei Hidrogén-peroxid tartály Oxigéntartály vagy oxigéngenerátor Ózongenerátor Kompresszor (légszárítóval és tartállyal) Adagoló folyadékszivattyú Kézi és távvezérelt szelepek, visszacsapó szelepek Nyomásmérők, áramlásmérők, szintmérők A rendszer főbb üzemeltetési paramétereit az üzemeltetőhöz közvetítő telemetriás rendszer (GSM) Elektromos vezérlés Speciális kialakítású injektáló pontok Monitoring kutak. 3/22/ kép

17 Gázfázisú oxidációs rendszer Oxidálószer továbbítás a tesztcellához 3/22/ kép

18 A normál kísérleti üzem fő jellemzői ózon térfogatáram: 180 g/h, oxigén felhasználás: 2 Nm 3 /h, levegő térfogatáram: 30 Nm 3 /h levegő nyomása: 4 bar hidrogén-peroxid hígítás: 8 tömeg% (csapvízzel) A hidrogén-peroxid oldat térfogatárama: 13 l/óra A 7 darab injektáló pont 3 csoportra oszlott, a csoportok egymás után üzemeltek, mindegyik 20 percet, azaz egy óra alatt zajlott le egy üzemeltetési ciklus m 3 hűtővíz került felhasználásra (ózongenerátorok hűtése) kwh villamos energiát használt fel a rendszer a teszt során 3/22/ kép

19 Gázfázisú oxidációs rendszer Monitoring és injektáló kutak, mintavételek 3/22/ kép

20 Kármentesítési hatékonyság a felszín alatti vízben 3 hónap üzemidő után BTEX, MTBE, TBA tekintetében 3/22/ kép

21 Terepi vízparaméterek idősora egy kiválasztott kútban 3/22/ kép

22 Szennyező vegyi anyagok idősorai egy háttérkútban 3/22/ kép

23 Szennyező vegyi anyagok idősorai az M6 jelű kútban 3/22/ kép

24 Eredmények Megállapítható, hogy a BTEX és TBA vegyületek esetében az oxidáció hatékonyabban ment végbe, mint MTBE esetén. Optimális üzemelés mellett már egy hónap folyamatos üzemelést követően is B határérték közelébe csökkenthető a tízezer mg/dm 3 nagyságrendű BTEX koncentráció Az oxidáció hatékony távolhatása az injektáló pontoktól legalább 6 méterre tehető, ezen a távolságon belül % közötti az oxidáció hatékonysága BTEX esetén. A teszt három hónapos időtartama során 1603 kg hidrogén-peroxid (ami 4045 liter 35 m/m %-os oldatnak felel meg) és 297,5 kg ózon került felhasználásra és besajtolásra a felszín alatti környezetbe. Érdemes megjegyezni, hogy az M3/1 és M3/2 kutak vízkémiai eredményeinek tanúsága alapján az oxidáció hatása az injektálási mélység feletti felszín alatti vízben is kimutatható egészen a talajvízig, tehát mintegy 10 m vastag vízoszlopon keresztül a köztes kisebb transzmisszivitású rétegek jelenléte ellenére is. 3/22/ kép

25 A technológia alkalmazásának előnyei, hátrányai Előnyök : In-situ szennyezőanyag lebontás Nincs folyadék kitermelés és kezelés Szerves szennyezők széles körét képes roncsolni Nem képződnek a felszín felett veszélyes hulladékok Automatikus üzem, telemetriás vezérlés Hátrányok : Heterogén földtani szerkezetben problematikus lehet a kémiai információ egyenletes bejuttatása-eloszlatása Magas adszorbeált koncentrációk esetén előfordulhat az oldott koncentrációk ismételt emelkedése (rebound) Szigorú biztonságtechnika/munkavédelmi intézkedések Jelentős mértékű elektromos energia és hűtővíz felhasználás 3/22/ kép

26 Köszönetnyilvánítás Az előadás a Nemzeti Technológia Program Élhető, fenntartható környezet alprogramjának Vegyipar és élhető környezet - Innovatív technológiák fejlesztése a Környezetvédelemben című pályázat keretében végzett félüzemi kísérletek eredményeit, tapasztalatait mutatta be. (projekt azonosító: MOLTVKBA) 3/22/ kép

27 Köszönöm a figyelmet! 3/22/ kép