FOTOGRAMMETRIA ÉS TÉRINFORMATIKA TANSZÉK

Átírás

1 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM FOTOGRAMMETRIA ÉS TÉRINFORMATIKA TANSZÉK Műegyetem rkp. 3. K. ép. I.em Budapest Tel: Fax:

2 Sárközi Boglárka: Termokamera alkalmazhatósága mikrobiológiai minták vizsgálatánál Conference of Junior Researchers in Civil Engineering June 2012, Budapest

3 Témakörök Kutatás célja: kereskedelmi forgalomban kapható termokamera tesztelése In-situ remediációs technológiákat támogató diagnosztikai eljárások során; In-situ kármentesítésről röviden; Alkalmazott módszerek, eszközök; Földdel töltött műanyag edények; Talajoszlop vízfürdőn; Oszlopreaktorok; Eredmények bemutatása; Összefoglalás.

4 Kutatás célja Kereskedelmi forgalomban kapható termokamera tesztelése In-situ remediációs technológiákat támogató diagnosztikai eljárások során; Szénhidrogén eredetű szennyezőanyagok, Várhatóan csekély paraméter változások; Előrejelzett hőmérséklet-emelkedés 1-2 C; Felszín alatti elhelyezkedés; Laboratóriumi körülmények között a kármentesítés során a talajban lejátszódó folyamatok leegyszerűsített modellezése; Mikrobiológiai folyamatok következtében kialakult hőmérsékleti anomáliák kimutatása, elemzése; Alkalmazott hőkamera: Testo 880-3, feldolgozó szoftvere: IRSoft.

5 In-situ kármentesítés Kármentesítés = Tényfeltárás + Műszaki beavatkozási terv + Műszaki beavatkozás + Utómonitoring. Kár bekövetkezése után kezelem a problémát (havária); Megelőzöm a bajt (biztonsági értékelés, kockázatfelmérés, munkabalesetvédelem); Kockázat kezelési feladat. Kármentesítési technológiák: Hagyományos (talajkitermelés, vízkitermelés); In-situ: a szennyeződések helyben történő ártalmatlanítása a földtani közeg és a felszín alatti víz kitermelése nélkül; Legfontosabb feladat: a hatóanyag eljuttatása a szennyezőanyaghoz; Előny: környezetbarát, relatíve olcsó, több módszer kombinálható, talajt és talajvizet is kezel; Hátrány: gondos tervezés kell, engedélyeztetés, időjárás befolyásolja.

6 In-situ kármentesítés In-situ kármentesítési folyamatok valós idejű, közvetlen diagnosztikájához olyan folyamatok detektálására van szükség, amelyek: Függetlenek a szennyezőanyag transzport folyamatoktól; Könnyen és gyorsan mérhetőek; Anomáliájuk információval szolgál a bomlási folyamatok lezajlásáról. Szénhidrogén eredetű szennyezőanyag bomlását leíró egyenlet: (CH 2 )n + 1,5n O 2 nco 2 + nh 2 O Biológiai- és kémiai eredetű bomlásra is igaz (mineralizáció/oxidáció); A folyamat hőfelszabadulással jár; Háttértől való eltérése egyértelműen és közvetlenül a bomlásra utal. Alap ötlet: ez a jelenség termokamerával vizsgálható. Bioremediáció = a mikroorganizmusok enzimkatalizált reakcióban bontják le a szerves anyagot, és alakítják át szervetlenné.

7 1. kísérlet: Földdel töltött műanyag edények 4. minta 3. minta 1. minta 2. minta 4. minta 1. minta 3. minta 2. minta 4 db műanyag edényben 4 különböző összetételű természetes mikroflórával rendelkező virágföld (baktériumok). Az egyes minták összetétele: 1. minta: virágföld; 2. minta: virágföld + ásványi olaj; 3. minta: virágföld + 10 g cukor; 4. minta: virágföld g cukor. Hungarocell az egyes minták közé, környezet hőmérsékletének befolyásoló hatása lehetőleg minimális legyen. 2 órás időintervallumban képsorozatok készültek (látható optikai- és infra képek).

8 1. kísérlet: Földdel töltött műanyag edények Kísérlet célja: 10g ill. 100 g cukor, mint szubsztrát hatásának egyértelmű kimutatása. Olaj és cukor is szénforrás, tápanyag a baktériumok számára; Ha cukrot adok a baktériumokhoz Első lépésként szerves savak keletkeznek (tejsav, ecetsav, stb.); Gyors folyamat; A talaj ph-ja csökken; Második lépés: szerves savak nco 2 + nh 2 O ; Lassú folyamat; A legtöbb hő észlelése a folyamat második felében történhet meg; Elméletileg több cukor több baktériumot eredményez, intenzívebb bomlás alakul ki, amely nagyobb hőfluxust eredményez.

9 1. kísérlet: Földdel töltött műanyag edények Meghatározott hőmérsékleti értékek: Eredmény nem a várakozásnak megfelelő: Min. ( C) Max. ( C) Mean ( C) 1. minta: virágföld minta: virágföld + ásványi olaj minta: virágföld + 10 g cukor minta: virágföld g cukor g cukornál a hőmérséklet magasabb, mint 100g cukornál; Magyarázata: egy negatív visszacsatolás lehet. Sok cukor hozzáadásával feltételezhető, hogy gyors volt a szerves sav termelés, lesavanyította a talajt, ami a baktériumoknak már nem volt kedvező; A folyamat második része nem indult be, a hőtermelés sem történt meg; A tápanyag mennyisége gátolta az aktivitást; Ennek következményeként alacsonyabb hőmérsékletet mértünk.

10 2. kísérlet: Talajoszlop vízfürdőn Üvegoszlop volt megtöltve homokkal; Ezen keresztül áramoltattunk vizet (lentről felfelé); Alulról melegítettünk; Alapállapotban a vízfürdő indulási hőmérséklete 30 C volt; melyet folyamatosan emeltünk 40 C-ig; Homok tetején megjelenő vizet eltávolítottuk; 2,5 órás időintervallumban képsorozatok készültek (látható optikai- és infra képek) Infrafelvételek vizsgálatát a termokamerához tartozó IRSoft szoftverrel végeztük.

11 2. kísérlet: Talajoszlop vízfürdőn Talajoszlop alja Kísérlet célja: talajban lejátszódó hőterjedés termokamerával történő kimutathatósága; Hőmérséklet változás lentről felfelé haladva: Melegítő berendezés: piros; Szigetelő szivacs réteg: lila; Talajoszlop: világoskék kék. Talajoszlop hőmérséklete lentről felfelé haladva fokozatosan csökken Infrafelvétel kiértékelése: Hisztogram hőmérséklet eloszlás bemutatására; Profil vonal hőterjedés vizsgálatára. Talajoszlop teteje

12 2. kísérlet: Talajoszlop vízfürdőn Talajoszlopról készített hisztogram Talajoszlop teteje Talajoszlop alja Profilvonal oszlopdiagramja Hisztogram alapján megállapítható: Hőmérséklet C között változik; Talajoszlop középhőmérséklete 22.0 C; Modus 17,7% ami 21.5 C-hoz tartozik; Talajréteg átmelegedése lassú folyamat; Melegebb talajréteg gyakorisága kisebb, mint a felette elhelyezkedő folyamatosan csökkenő hőmérsékletű talajrétegé. Profil vonal alapján megállapítható: Min. hőmérséklet 20.9 C, max C; Középhőmérséklet 22.4 C; Talajoszlop alja-teteje között 5 C különbség. Hőkamera alk. laboratóriumi körülmények között hőterjedés kimutatására, gradiens vizsgálatára.

13 3. kísérlet: Oszlopreaktorok Alapállapot: 4db üvegoszlop homokkal; Ezen keresztül áramoltattunk szabadfázisú szénhidrogén felúszóval szennyezett vizet; Mindegyik oszlopban azonos sebességgel, szennyezéssel, stb.; Alapállapothoz képest az egyes minták összetétele a következő volt: 1. minta: baktérium+ásványi anyag+nitrát; 2. minta: baktérium+ásványi anyag; 3. minta: baktérium; 4. minta: kontrol. Minták baktériummal történő beoltása kísérlet előtt 2 héttel; látható optikai- és infra képek készítése.

14 3. kísérlet: Oszlopreaktorok 1. minta 2. minta 3. minta 4. minta Kísérlet célja: infrafelvételek alapján a talajban lejátszódó szénhidrogén alapú szennyezések biológiai lebontásának kimutathatósága; Infrafelvételek vizsgálatát a termokamerához tartozó IRSoft szoftverrel végeztük; Az egyes reaktorokban lejátszódó hőterjedés vizsgálatára mérési pontok felvétele; 1. mintán profilvonal felvétele, metszetvonal mentén alakuló hőmérséklet vizsgálata.

15 3. kísérlet: Oszlopreaktorok Hőmérséklet alakulása az oszlopreaktorokban: 1. minta 2. minta 3. minta 4. minta ,1 24,3 23,8 23,9 23,9 23,5 23,4 23,2 22,8 22,5 22,5 22,3 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 Hőmérséklet [ C] 1. mintában 3,3 C különbség; 2. mintában 1,8 C különbség; 3. mintában 1,4 C különbség; 4. mintában 1,6 C különbség. Hőmérséklet lentről felfelé haladva (áramoltatás iránya) csökken; Legmagasabb hőmérséklet az 1. mintában; 2. mintában már alacsonyabb hőmérséklet; 3. és 4. minta hőmérséklete között nagymértékű különbség nincs; 3. minta aljában kismértékű melegedés mutatható ki a 4. mintához képest.

16 3. kísérlet: Oszlopreaktorok Az infrafelvételek alapján megállapíthatjuk, hogy akkor történik meg a szénhidrogén alapú szennyezések biológiai lebontása ha: Van erre képes baktérium; A baktériumok anyagcseréjéhez szükséges ásványi anyagok (N, P, mikroelemek) rendelkezésre állnak; Van elektronakceptor, azaz a szennyezőanyag lebontása során keletkező elektronokat valami felveszi (pl. oxigén, nitrát, stb.). Ez utóbbi magyarázza azt, hogy az 1. mintában (M1-M3 mérési pontok) volt a legmagasabb a hőmérséklet, mivel itt volt nitrát is a rendszerben, azaz az oxidáció (és a hőtermelés) megtörténhetett. A többi rendszerben ez nem volt adott.

17 Összefoglalás, további kutatási lehetőségek Cél: ellenőrzött laboratóriumi körülmények között, kereskedelmi forgalomban kapható hőkamera tesztelése volt, mikrobiológiai eredetű hőmérsékleti anomáliák detektálására. A kísérletek alapján a következő megállapításokat tudtuk tenni: A mérés a környezetre érzékeny (minta mennyire különíthető el a környezet hőmérsékletétől); Számít, hogy milyen szög alatt, milyen távolról készítjük el a felvételeket; A termokamera kisebb felbontású, mint az optikai, így a kiértékelése a látható tartományú felvételekhez képest nehezebb; Szénhidrogén alapú szennyezések biológiai lebontása infrafelvételek alapján detektálható; A hőmérsékleti anomália a felszín alatt keletkezik (mikrobiológiai lebontás), lassan terjedhet a felszínig;

18 Összefoglalás A hőkamerás technológia terepi alkalmazása nehezen oldható meg: Nagy felület, átfedő felvételek kellenek; A felület nem homogén hővezetés szempontjából; Környezeti hatások (pl. időjárás) elfedhetik az anomáliákat.

19 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!