KÖRNYEZETI KOCKÁZATMENEDZSMENT

Átírás

1 KÖRNYEZETI KOCKÁZATMENEDZSMENT Talaj- és talajvíz remediációs technológiák Talajmosás, termikus eljárások, sztrippelés, PRB Molnár Mónika, Feigl Viktória Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék

2 ELŐADÁS TEMATIKA Előkezelés Talajmosás Termikus eljárások Sztrippelés PRB Page 2

3 ELŐKEZELÉS Szemcseméret szerinti frakcionálás Ex situ, fizikai Elvi alap, cél? Folyamatok Szitálás Szuszpenzió mosó rendszer Többfokozatú mosás Osztályozás (ülepítés, vagy flotáció) Szennyezett (agyag, iszap) frakció kezelése Page 3

4 Talajmosás Page 4

5 Page 5

6 Vizes talajmosás Ex situ, fizikai Szennyeződés lemosása a felületről + mechanikai energia alkalmazása (erős vízsugár, forgódobos osztályozók, nagynyomású sugárcső) + adalékok Page 6

7 Page 7 Termikus folyamatokon alapuló talajremediáció

8 Termikus folyamatokon alapuló talajkezelési technológiák pnecorp.com Page 8

9 Termikus folyamatokon alapuló talajkezelési technológiák Ex situ, in situ Széles hőmérséklettartomány Gőz, meleg levegő, elektromos erőtér, rezgések o C-ig - a biológiai folyamatok intenzifikálása Cél? o C hőmérséklettartomány:deszorpció intenzifikálása, elsősorban ex situ technológiai megoldásokban, zárt reaktorokban Égetés, pirolízis Vitrifikáció Page 9

10 Szennyező-anyag kémiai tulajdonsága Illékony Vízoldható Szorbeálódó Page 10 Talaj szilárd fázisa Talajvíz Talajlevegő Bioremediáció Talajgőz kiszívása és felszíni kezelése Termikus deszorpció Bioremediáció Fitoremediáció Talajmosás Elektrokinetikai eljárások Bioremediáció Biológiai kioldás Fitoremediáció Extrakció Szemcseméret szerinti frakcionálás Termikus deszorpció Talajégetés/Pirolízis Vitrifikáció Elektrokinetikai eljárás Bioremediáció Sztrippelés ISCO Bioremediáció Fitoremediáció Talajvíz kiszívás & felszíni kezelés Aktív résfalak ISCO Bioremediáció Talajvíz kiszívás és felszíni kezelés Bioremediáció Talajgáz kiszívása és felszíni kezelése Bioremediáció Talajgőz kiszívása és felszíni kezelése Bioremediáció Talajgáz kiszívása és felszíni kezelése Mobilizáción alapuló eljárások

11 Szennyezőanyag kémiai tulajdonsága Talaj szilárd fázisa Talajvíz Talajlevegő Illékony Gázadszorpció szilárd fázison Kémiai immobilizáció Biológiai immobilizáció Kémiai immobilizáció Izoláció Kémiai immobilizáció Vízoldható Biológiai immobilizáció Fitostabilizáció Szorpció növelése Kémiai oxidáció/redukció Fizikai-kémiai stabilizáció Biológiai immobilizáció Rhizofiltráció Szorpció növelése Kicsapás, oldhatóság csökkentése Kémiai ox./redukció Izoláció Fizikai-kémiai immobilizáció (kicsapás, szorpció növelése) Szorbeálódó Page 11 Biológiai immobilizáció Fitostabilizáció Szorpció növelése Kémiai ox./redukció Fizikai-kémiai stabilizáció Vitrifikáció, kerámiába ágyazás Biológiai immobilizáció Rhizofiltráció Szorpció növelése Kicsapás, oldhatóság csökkentés Kémiai oxidáció/redukció Immobilizáción alapuló eljárások

12 Termikus deszorpció és égetés Page 12

13 Termikus deszorpció Alacsony hőfokú: o C-on - a víz és az illékony szerves szennyezőanyagok elpárologtatása. - A vivőgáz vagy a vákuum rendszer elszívott gőzök továbbítása - a szerves szennyezőanyag leválasztása (ciklonok, aktív szenes, vagy más tölthető adszorberek, szűrők) és égetés (vagy biológiai bontás) Magas hőfokú: o C-on - a víz és a magasabb hőfokon illó szerves szennyezőanyagok elpárologtatása. A vivőgáz vagy a vákuum rendszer továbbítja az elszívott gőzöket a kezelő rendszerbe. Biológiailag nehezen bontható szénhidrogén (kátrány, nehéz olaj, pakura és CH maradékanyagok,stb.), vegyi szennyeződések (klórbenzol, stb.) és peszticidek ártalmatlanítására < 25 mm Page 13

14 Termikus deszorpció Előnyök Hátrányok Page 14

15 Égetés o C-on, ártalmatlanítás, hasznosítás. Gőzök és a füstgázok kezelése A képződő égéstermékek az eredeti hulladéktól teljesen eltérő tulajdonságúak lesznek: veszélytelenebbek és könnyebben kezelhetők. Maradék kezelése Égetés hőkezeléssel / termeléssel történő termék-előállító folyamatban. Ilyen a cement-, üveg- vagy téglagyártás, vagy a hőerőmű. Page 15

16 Égetés Page 16

17 Hulladékégetés A hulladékégetés előnyei: térfogat/tömegcsökkentés után (kisebb anyagmozgatás, kisebb elhelyező terület, földhasználat szükséges) energiatermeléssel jár, a keletkezett hő hasznosítható, közegészségügyi szempontból a leghatékonyabb, a kórokozók elpusztulnak. A hulladékégetés hátrányai: másodlagos környezetszennyezés (légszennyezés, pernye, salakelhelyezés problémái) ökológiai szempontból kedvezőtlen, mivel a termikusan bontott anyag kikerül a természetes körforgásból beruházási és üzemeltetési költségei lényegesen magasabbak a hagyományos eljárásoknál (komposzt, biogáz, lerakás?) Page 17

18 Pirolízis A szerves szennyezőanyagok lebontása magas hőfokon oxigén jelenléte nélkül Teljesen oxigénmentes környezet biztosítása nem lehetséges (bizonyos mértékű oxidáció) Illékony komponensek esetében termikus deszorpció is lejátszódik. A pirolízis során keletkező gázok éghetőek, mint pl. a szénmonoxid, hidrogén, metán, és egyéb szénhidrogének. A keletkező gázok további kezelést igényelnek, pl. másodlagos égető kemence, részleges kondenzáció. Page 18

19 A hőbontás (pirolízis) alaptípusai: - kis- és középhőmérsékletű eljárások ( C) - nagyhőmérsékletű eljárások ( C) - nagyhőmérsékletű salakolvasztások eljárások (>1200 C) A salakolvasztásos eljárás célja a gáznemű végtermék-kihozatal növelése, másrészt a környezettel szemben teljesen közömbös, kiégett maradékanyag biztosítása (az olvasztott salakgranulátum gyakorlatilag bárhova lerakható) A végtermék hasznosítható: - energiahordozóként - vegyipari másodnyersanyagként - egyéb célokra Page 19

20 Pirolízis - végtermék hasznosítása A pirolízis során keletkező végtermék elsősorban energiahordozóként (fűtőgáz, tüzelőolaj, koksz), ritkábban vegyipari másodnyersanyagként (pl. a gázterméket szintézisgázzá konvertálva metanol előállításához) és esetenként egyéb célokra (talajjavítás szilárd, szénben dús maradékkal; fakonzerválás vizes maradékkal; granulált salakolvadék építőipari adalékanyagként stb.) hasznosítható. BIOSZÉN Page 20

21 Vitrifikáció A szennyezett talajt magas hőmérsékleten megolvasztják (üvegszerű amorf, vagy kristályos szilárd anyag) 1200 C-on (fosszilis tüzelőanyagok elégetésével vagy elektromos úton) a hulladékokból és a szilikátokból olvadékot képeznek. Ex situ, in situ Eredményes - ha a szerves szennyezőanyagok a magas hőfokon deszorbeálódnak, és/vagy elégnek, a toxikus fémek pedig teljesen megkötődnek. Megfelelő előkezeléssel és adalékanyagokkal értékes építőanyag (kerámia, díszkavics, stb.) állítható elő. Page 21

22 Vitrifikáció Célja: a talajban található szennyező anyagok, mint például nehézfémek, radioaktív maradványok vagy peszticidek megkötése és ezáltal ártalmatlanítása. A szerves anyagok bomlása - leválnak a talajkolloidról és/vagy elégnek, a melléktermék-képződés minimális. A toxikus fémek immobilisakká válva beépülnek az üvegszerű szerkezetbe. A termék stabil és ellenálló lesz - az olvadékot el lehet helyezni megfelelően kialakított depóniákban. Page 22

23 Vitrifikáció - Alkalmazhatóság Ha a talajnak magas a szilikát tartalma és ha a talaj szilárd fázisa a szennyezett, ezeken kívül, szennyezőanyagnak kémiai tulajdonsága szerint szorbeálódónak kell lennie. Alkalmazható a talaj és az üledékek mélyebb rétegeiben, hozzáférhetetlen helyeken is. A szennyezőanyagok szilárd vagy folyadék halmazállapotúak lehetnek, valamint magas és alacsony víztartalmú iszapok vagy gyúlékony anyagok is. A módszer nehézfémek és radioaktív anyagok immobilizálására, egyes szerves szennyezőanyagok eltávolítására (mobilizálására) alkalmas. Page 23

24 Vitrifikáció - ábrák In situ vitrifikáció Megszilárdult olvadék Page 24

25 Vitrifikáció - SWOT analízis - Erősségek: alkalmazható mind ex situ mind in situ megoldásként. - Gyengeségek: a magas talajvízszint és a magas olvadáspontú talajalkotók jelenléte gátolja az üvegesedési folyamat lejátszódását, drága talajremediációs technológia, a felszabaduló gázokat kezelni kell. - Lehetőségek: a keletkezett szilárd olvadék felhasználható kerámiatermékek, tetőfedő cserép és kültéri burkolólapok valamint gyöngykavics-szerű kerámiaanyag készítésére. - Veszélyek: az eljárás során esetlegesen felszabaduló mérgező gázok, a keletkezett szilárd olvadék magas toxikus fém vagy radioaktív anyag tartalma. Page 25

26 Vitrifikáció - Konkrét megvalósítás Michigan-ben, a Parsons Chemical vegyi üzem területén alkalmazták az in situ vitrifikációs eljárást. A kivitelező a Geosafe Corporation cég volt. 9 olvasztó cellát használtak, amelyek egyenként kb. 8X8 méter széles és kb. 5 méter mély gödrök voltak. A kezelés során peszticideket, dioxinokat és nehéz fémeket távolítottak el a talajból. Az összköltség körülbelül USD volt. Nagyjából 2300 m 3 talajt tisztítottak meg az üzem területén. További információ: Page 26

27 In situ vitrifikáció In situ Kijövő gáz kezelése Page 27

28 A kevésbé szennyezett területen kezeltük az MTE-4, MMF-3 és MMF-4 kutakat, termelokútként az MTE-5 és MTE-7 kutakat használtuk. Az MTE-5 kutat 4 nap termeltetés után 2-szer kezeltük. Az MTE-3 és MTE-2 kutakat felváltva kezeltük vagy termeltettük. A kezelés foszforsavval savanyított talajvízbe kevert hidrogénperoxid oldat adagolását jelentette. A kezelés ideje alatt a termelıkutakat nem szivattyúztuk. Page 28 Forrás: vitplant.com/projec t/our_solution/

29 Page 29 SZTRIPPELÉS

30 Szennyezőanyag kémiai tulajdonsága Illékony Vízoldható Szorbeálódó Page 30 Talaj szilárd fázisa Talajvíz Talajlevegő Bioremediáció Talajgőz kiszívása és felszíni kezelése Termikus deszorpció Bioremediáció Fitoremediáció Talajmosás Elektrokinetikai eljárások Bioremediáció Biológiai kioldás Fitoremediáció Extrakció Szemcseméret szerinti frakcionálás Termikus deszorpció Talajégetés/Pirolízis Vitrifikáció Elektrokinetikai eljárás Bioremediáció Sztrippelés Bioremediáció Fitoremediáció Talajvíz kiszívás & felszíni kezelés Aktív résfalak Bioremediáció Talajvíz kiszívás és felszíni kezelés Bioremediáció Talajgáz kiszívása és felszíni kezelése Bioremediáció Talajgőz kiszívása és felszíni kezelése Bioremediáció Talajgáz kiszívása és felszíni kezelése

31 SZTRIPPELÉS Tálcás rendszer Monroe Environmental Corporation, Monroe, MI Töltött torony Page 31

32 Sztrippelés (elv) Mobilizáción alapul Kigőzölésen, illetve kihajtáson alapuló környezetvédelmi technológia Illékony, vagy vízgőzzel illó szerves szennyezőanyagok eltávolítására alkalmaznak ipari szennyvizek, szennyezett felszíni és felszín alatti vizek kezelésekor. A szennyezett levegőt a felszínre szivattyúzás után a szennyezőanyag függvényében kezelni kell: adszorpció, abszorpció, katalitikus égetés, bioszűrők Page

33 Sztrippelés ex situ megoldásai Levegőztető (sztrippelő) toronyba vagy tartályba vezetik. Diffúz, tálcás vagy esőztető levegőztetés - érintkezési felületet és sebesség növelése A tartózkodási idő növelése - az oszlop kivitelűeknél töltettel, a tartályoknál terelőlemezekkel Fix és mobil forma, működtethetőek szakaszosan, vagy folytonosan. Alternatív megoldásként meleg levegőt vagy gőzt is alkalmaznak. Page 33

34 Page 34

35 Sztrippelés in situ megoldása In situ sztippelésre is van megoldás, speciálisan kiképzett kútban történhet a szennyezett talajvíz kezelése. A két szinten szűrőzött vákuumkút vizébe levegőt injektálnak. Az illékony komponens gázfázisba kerülése a kútban játszódik le. A talajvíz az alsó és a felső szűrő között cirkulál. A kezelt víz a légbefúvás miatt megemelkedett vízszint hatására a felső szűrőn keresztül jut vissza a vízadóba. A levegőinjektor más adalékanyagok bejuttatására is használható. Page 35

36 Sztrippelés in situ Page 36

37 Kúton belüli sztrippelés (in situ) Alkalmazási korlátok: Nagy koncentrációjú és nagy Henry-állandójú oldott szennyezések esetén hatékony; Szűrők eltömődése - az oxidáció során keletkező különböző csapadékok Kis vastagságú vízadó rétegekben a rendszer hatásfoka korlátozott; Karakterisztikus természetes áramlási rendszer esetén nem hatékony; Ott hatékony, ahol a réteg rosszabb áteresztőképességű lencséket nem tartalmaz; Lehatárolt szennyezés; Úszó CH esetén a szennyezőanyag "szétkenése - NEM Page 37

38 Page 38 REAKTÍV RÉSFALAK (PRB)

39 Reaktív résfalak (Permeable Reactive Barrier) Page 39 Forrás: Adventus -

40 Reaktív résfalak (Permeable Reactive Barrier) Canyon de Valle Page 40

41 Szennyező-anyag kémiai tulajdonsága Illékony Vízoldható Szorbeálódó Page 41 Talaj szilárd fázisa Talajvíz Talajlevegő Bioremediáció Talajgőz kiszívása és felszíni kezelése Termikus deszorpció Bioremediáció Fitoremediáció Talajmosás Elektrokinetikai eljárások Bioremediáció Biológiai kioldás Fitoremediáció Extrakció Szemcseméret szerinti frakcionálás Termikus deszorpció Talajégetés/Pirolízis Vitrifikáció Elektrokinetikai eljárás Bioremediáció Sztrippelés ISCO Reaktív résfalak Bioremediáció Fitoremediáció Talajvíz kiszívás & felszíni kezelés Reaktív résfalak ISCO Bioremediáció Talajvíz kiszívás és felszíni kezelés Bioremediáció Talajgáz kiszívása és felszíni kezelése Bioremediáció Talajgőz kiszívása és felszíni kezelése Bioremediáció Talajgáz kiszívása és felszíni kezelése

42 Szennyezőanyag kémiai tulajdonsága Talaj szilárd fázisa Talajvíz Talajlevegő Illékony Gázadszorpció szilárd fázison Kémiai immobilizáció Biológiai immobilizáció Kémiai immobilizáció Reaktív résfalak Izoláció Kémiai immobilizáció Vízoldható Biológiai immobilizáció Fitostabilizáció Szorpció növelése Kémiai oxidáció/redukció Fizikai-kémiai stabilizáció Biológiai immobilizáció Rhizofiltráció Szorpció növelése Kicsapás, oldhatóság csökkentése Kémiai ox./redukció Reaktív résfalak Izoláció Fizikai-kémiai immobilizáció (kicsapás, szorpció növelése) Szorbeálódó Page 42 Biológiai immobilizáció Fitostabilizáció Szorpció növelése Kémiai ox./redukció Fizikai-kémiai stabilizáció Vitrifikáció, kerámiába ágyazás Biológiai immobilizáció Rhizofiltráció Szorpció növelése Kicsapás, oldhatóság csökkentés Kémiai oxidáció/redukció

43 Passzív technológia: Reaktív résfalak (PRB-k) Nincs szükség energia-befektetésre(szivattyúk vagy injektorok használatára) a talajvíz áramlási irányára merőleges árkot használ, melybe alkalmas reaktív anyagot helyeznek és amelyen a talajvíz átáramlik a felszín alatti vizet a felszíni és felszín alatti szintkülönbségek juttatják át a résfalon a megépítését követően kezeléséhez, fenntartásához rendszeres, de kis gyakoriságú fenntartási munka szükséges Page 43

44 Reaktív résfalak (PRB-k) Felszín alatti áteresztő reaktív falak in situ Szennyezőanyag ártalmatlanítása a reaktív résfal töltete végzi- a szennyezett víz keresztüláramlik a reaktív falon (immobilizáció, mobilizáció) Geokémiai barrier Szennyezőanyagok: szénhidrogének, aromás szénhidrogének, különböző nehézfémek A töltet ártalmatlanító hatása alapulhat: fizikai (adszorpció) kémiai (oxidáció, redukció, kicsapás, stb.) biológiai (biológiai kicsapás, lebontás) folyamaton Page 44

45 PRB - építési típusok Leggyakoribb típusok (klasszikus): 1. Folytonos permeábilis reaktív falak 2. Tölcsér és kapu (funnel and gate) 3. Injektálás vagy mixed in place Az in situ falak méretezése, pl. a fal hosszúsága, permeabilitása, a reakciós zónák száma és elrendezése függ a talaj heterogenitásától, a talajvíz áramlási sebességétől és áramlási irányától A reaktív fal megépítéséhez alapos helyszíni vizsgálat szükséges a hidrológiai, kémiai és geokémiai viszonyok tisztázására. Page 45

46 PRB Klasszikus típusok Folytonos reaktív fal Funnel and gate (terelőlemezek+kapu) Klasszikus PRB építési módok a) Folytonos fal b) Tölcsér és kapu (F&G) (Roehlet al. 2005a) Page 46

47 PRB - Klasszikus típusok 1.1. Folytonos permeábilis reaktív falak nem szigetelő résfal- a víz akadálytalanul áramlik át egész térfogatuk reaktív anyagot tartalmaz A létesítés egy árok mélyítésével és feltöltésével történik, melynek során megfelelő résfal építési módszert alkalmaznak a reaktív fal hossza néhányszor 100 m-nél is nagyobb lehet a fal permeabilitása minimum tízszer akkora, mint a környező vízvezető rétegeké. Page 47

48 . PRB - Klasszikus típusok 1.2. Tölcsér és kapu (funnel and gate) a falnak csak egy része áteresztő reaktív zóna (gate), míg a többi rész szigetelő résfal (funnel) a reaktor anyaga időszakosan cserélhető nagy kiterjedésű szennyezőforrásoknál több párhuzamosan kapcsolt kaput ill. reaktort lehet létesíteni. Page 48

49 PRB - Klasszikus típusok 1.Injektálás vagy mixed in place A reaktív anyagokat a talaj vízvezető rétegébe a talajvízzel együtt mozognak. Folyékony vagy gázhalmazállapotú oxidálószereket vagy kicsapó reagenseket juttatunk a vízvezető rétegbe. Például FeC13-oldat injektálása egy mésztartalmú vízvezető rétegben amorf Fe(III)oxihidroxidokból álló reaktív zónát hozhat létre, amely szorpciós barrierként funkcionálhat nehézfémek, pl. urán, molibdén és egyéb szervetlen szennyezőanyagokkal szemben. Page 49

50 Reaktív anyagokkal szemben támasztott követelmények Hosszú távú kémiai reaktivitás a szennyezőkkel szemben Ne legyen mérgező Fizikai stabilitás a hosszú távú permeabilitás biztosítására Ne legyenek drágák A leggyakrabban használt anyag, amely ezeknek az követelményeknek megfelel, az elemi vas, Fe 0 Page 50

51 Reaktív anyagok típusai A ph-érték vagy a redoxpotenciál megváltoztatása. Ez befolyásolja a ph vagy redox-érzékeny anyagok oldhatóságát vagy a lebontás sebességét. Pl.: a illékony halogénezett szénhidrogének abiotikus lebontása elemi vassal. 2. Ásványfázisok kicsapása és a szennyezőanyagok immobilizálása. Hidroxiapatittal Ca10OH2(PO4)6 való kicsapás pl. ólomszennyezés. A hidroxiapatit oldási folyamata megemeli a foszfátkoncentrációt, ami a nehezen oldható ólomfoszfát kicsapását eredményezi. Page 51

52 Reaktív anyagok típusai Szennyezőanyagok szorpciója. Hidrofób, szerves szennyezőanyagoknál például aktívszenet használnak szorbensként,. Szintetikus ioncserélők vagy zeolitok a talajvízben lévő ionos szennyezők (pl. fémek) eltávolítására alkalmasak. 4. Tápanyag bejuttatása a talajba a reaktív anyagok segítségével. Javítja a mikroorganizmusok létfeltételeit. 5. Biofilter - tőzegmoha Page 52

53 PRB-k alkalmazási példái 2005-ig körülbelül 200 reaktív fal épült szerte a világban-ebből csak az USA-ban 120 Európában belül Németországban jelentős a számuk. Néhány példa: Denkendorf (ipari park) Reichenbach (gépgyár) Rheine (tisztító és mosoda) Tübingen (ipari terület) Magyaroszágon 2002-ben Pécs közelében épült, a mecseki uránbányászat által szennyezett talajvíz tisztítására Page 53

54 PRB - alkalmazás PRB elemi vassal ERM, Geosierra Environmental Inc. Lakóterület; Concord USA Page 54

55 Irodalom - KÖRINFO adatbázis, : E-tanfolyam Gyakorlati alkalmazás - Talaj és felszín alatti víz környezeti kockázatának csökkentése; - Anton A., Dura Gy., Gruiz K., Horváth A., Kádár I., Kiss E., Nagy G., Simon L., Szabó P.: Talajszennyeződés, talajtisztítás, Környezetgazdálkodási Intézet, Budapest, MOKKA adatbázis, : 457, 458 és az 519. számú adatlap Page 55

56 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!