Talajtisztítási eljárások

Átírás

1 Talajtisztítási eljárások Általános áttekintés / fogalmak Talaj Szennyezőanyagok formái Tisztítási eljárások Biológiai módszerek kiegészítés Fizikai módszerek In Situ Ex situ 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 A szennyezett környezeti elemek remediációjának az a módja, amely a szennyezett talaj, felszín alatti víz, talajgáz kezelését eredeti helyéről elmozdítva, kitermelése után oldja meg On site Off site In situ remediáció A szennyezett környezeti elemek remediációjának az a módja, amely a szennyezett talaj, felszín alatti víz, talajgáz kezelését eredeti helyén, oldja meg

2 A kárelhárítási technológia kiválasztása A kárelhárítási technológia elérendő céljai: A szennyezés továbbterjedésének megakadályozása (lokalizáció) Részleges mentesítés (pl. olajfázis kitermelése) Teljes ártalmatlanítás 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 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 A talaj összetétele Szervetlen komponensek (kavics, homok, márga és agyag) Az agyagásványok (Al 2 (OH) 2 [Si 4 O 10 ] 4 *H2O) rétegszerkezetének és kémiai konfigurációjának a szorpciós folyamatokban van jelentősége Talajvíz és talajatmoszféra Hazai talajtípusok 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.

3 A talaj tulajdonságai A talaj szervesanyag készlete Szemcsézettség Permeabilitás Pórustérfogat A talaj vízkapacitása Kapillaritás Talajhőmérséklet Milyen szennyezőanyagok lehetnek a talajban? 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) Nem halogénezett illékony szerves vegyületek Halogénezett illékony szerves vegyületek Halogénezett SVOC csoport (itt csak a peszticideket mutatjuk be!)

4 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 (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 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 Kémiai Permanganát (K/Na) Perszulfát Fenton reagens Fenton reagens Ózon Redukciós eljárások

5 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 o C. 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 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. Fitoremediáció 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.

6 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. Általános áttekintés / fogalmak Talaj Szennyezőanyagok formái Tisztítási eljárások Biológiai módszerek kiegészítés Fizikai módszerek In Situ Ex situ 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 Fizikai módszerek 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)

7 Pump and Treat (Dual phase) 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. Pump and Treat (Dual phase) alkalmazási korlátok 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. P&T P&T µg/l µg/l Idő (év) Idő (év) Talajgáz elszívás (Soil vapour extraction (SVE)) Általános talajtisztítási eljárás Vákuum alkalmazása a szennyezett zónában Közösen alkalmazva az Air Sparing eljárással Alkalmazhatóság Jól lehet alkalmazni: VOC, SVOC Soil vapour extraction (SVE) Nem lehet alkalmazni Nem illékony szennyező komponensek esetén

8 Gőz injektáló eljárás (Steam injection) Növeli a szennyezőanyagok illékonyságát ezzel fokozva a talaj levegő elszívásos technológia hatékonyságát 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. Légbekeverés (Air sparging) 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

9 Hatómechanizmusok Lezárás Kicsapás Vegyi beépítés 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) Elnyelés/abszorpció 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

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

11 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 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 m). A gázok elvezetése és kezelése egyszerűen megoldható. Sztrippelés 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 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. UV oxidáció Az UV oxidáció során ózon rendszer esetében 65 W-os, alacsony nyomású lámpákat, míg hidrogén peroxid rendszer esetében 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.

12 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. Általános áttekintés / fogalmak Talaj Szennyezőanyagok formái Tisztítási eljárások Biológiai módszerek kiegészítés Fizikai módszerek In Situ Ex situ 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 Talajtisztítási eljárás megvalósítása 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 Két-kutas teszt A talajtisztítás megtervezése A talajtisztítás teljes üzemi megvalósítása

13 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) 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 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

14 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 Talajvízre vonatkozó mérések Oldott szerves anyag koncentráció Oldott ortofoszfát (PO 2-4 ) 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 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 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 Oszlopos kísérletek Oxidálószer áramlásának meghatározása Oxidálószer igény pontosabb becslése A talajmátrix változásainak meghatározása A kezelés hatására bekövetkező másodlagos szennyezések meghatározása Helyszíni előkísérletek 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.

15 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. A kísérlet kivitelezésénél számos paramétert kell figyelembe venni 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 kísérlet kivitelezésénél számos paramétert kell figyelembe venni 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. A kísérlet kivitelezésénél számos paramétert kell figyelembe venni 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-Pull- Test) Helyszíni vizsgálatok (Push-Pull- Test) Talajvíz folyási sebessége nem haladhatja meg az 1 m/nap-ot Mobil berendezések alkalmazhatósága Teszt költsége ~7500 EUR

16 Helyszíni vizsgálatok (Push-Pull- Test) 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 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. 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 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

17 Fontos szempontok Szennyezőanyag eloszlás és tömeg Szennyező anyag Típus Állapot: oldott, szorbeált, NAPL Eloszlás Horizontális Vertikális Góc övezet Telített telítetlen Fontos szempontok A talaj hidrológiai jellemzősi A talaj kémiai jellemzői A talaj fizikai jellemzői Fontos szempontok A talajkezelés időtartama A célállapot elérésének ideje 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 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. 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.

18 Oxidálószer talajba juttatásának megoldásai Injekciós nyomás megválasztása Nyomással történő injektálás Gravitációs úton történő injektálás Talajvíz áramlása Talajvíz áramlása Pz - A talajrétegben lévő nyomás Pi - Injektáló nyomás 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 Általános áttekintés / fogalmak Talaj Szennyezőanyagok formái Tisztítási eljárások Biológiai módszerek kiegészítés Fizikai módszerek In Situ Ex situ 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

19 Kémiai eljárások In Situ kémiai oxidáció Perklór-etén Aromás vegyületek In Situ kémiai redukció Gyakorlatban alkalmazott oxidálószerek Perklór-etén Aromás vegyületek Cl- Cl- Ózon (O 3 ) Hidrogén-peroxid (H 2 O 2 ) Nátrium-perszulfát (Na 2 S 2 O 8 ) Nátrium-permanganát (NaMnO 4 ) Kalcium-peroxid (CaO 2 ) Oxidáció elve Az oxidálószer felvesz elektront Ox + e - = Ox - A szennyezés lead elektront S = S + + e - C 0 + O 0 2 = CO 2 (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

20 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 Hátrányok Toxikus intermedier anyagok keletkezése Visszamaradó szennyezések Maradék oxidálószer a talajban Költségek növekedése Másodlagos szennyezések megjelenése Ivóvízbázisok védelme Oxidálószerek redoxpotenciálja Oldhatóság és elektron egyenérték Standard potenciál (volt) Relatív erősség (klórra vonatkoztatva) Oldhatóság Max. Tömeg kg/1000 l Max. menny. K Eq/1000 l Hidroxid gyök (OH ) 2,8 2 Szulfát gyök (SO -) 4 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 CH-ek BTEX Benzol Fenol PAH MTBE Klór-etén Káros anyagok és oxidálószerek kapcsolata Alkalmazási kritériumok Fontos paraméterek a tisztítás során Szennyezőanyag eloszlás és minőség Geológia Geológia Hidrogeológia Geokémia Klór-etán PCB Pesticidek

21 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 Tapasztalatok 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 VVO Kezelhetőség

22 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 Az oxidálószer nem éri el a szennyezést Az oxidálószer tartózkodási ideje az adott területen túl rövid - A talajvíz áramlási sebessége - Az oxidálószer elbomlása - A diffúzióhoz, deszorpcióhoz és az beoldáshoz szükséges idő rövidebb az expozíciós időnél A szabadfázisok érintkezése a bomlástermékekkel Mellék (köztes) termékek keletkezésének okai Az oxidálószer nem megfelelő megválasztása Az injektáló kutak elhelyezkedésének nem megfelelő megválasztása Az injektációs magasság nem megfelelő kiválasztása egyéb 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

23 Szennyezőanyag eloszlás a talajban Szennyezőanyag eloszlás a talajban 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

24 Oxidálhatóság, redukálhatóság ISCO VC - Vinilklorid DCE Diklór-etén TCE Triklór-etén PCE Perklór-etén ISCR Reaktivitás csökken TCE, PCE - Triklór-etén, Perklór-etén VC - Vinilklorid DCE Diklór-etén Reaktivitás csökken Általános áttekintés / fogalmak Talaj Szennyezőanyagok formái Tisztítási eljárások Biológiai módszerek kiegészítés Fizikai módszerek In Situ Ex situ 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 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 Szennyezett talajvíz Reakciós zóna Kezelt talajvíz

25 Szennyezési gócpont kezelése extrakciós körfolyamattal Funnel and Gate Talajvíz Reakciós zóna Oxidálószer Szennyezett talajvíz Cserélhető vagy újratölthető reagens cellák Kezelt talajvíz Injektáló kutak Extrakciós kutak Reakciós zóna Ózon Ózon lebomlási útjai a talajban Direkt oxidáció 2O 3 + 3H 2 O + 6e - = 6 OH - Oxidációs hatás szabadgyökön keresztül O 3 + H 2 O = O OH Lebomlás 2O 3 = 3 O 2 Lánc reakció OH + 2H 2 O = HO 2 + OH - + 3H + HO 2 = O H + OH + RH = R + OH - R + O 3 + H 2 O = ROH + O 2 + OH Lánc záró reakciók HO 2 + Fe(II) = O 2 + H + + Fe(III) HO 2 + Fe(II) = HO Fe(III) Fe(II) + O - 2 = Fe(II) + O 2

26 Ózon alkalmazásának szempontjai 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 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. Hidrogén-peroxid (Fenton reagens) Hidrogén-peroxid lebomlási útjai a talajban (fenton reagens) Direkt oxidáció H 2 O H e - = 2 H 2 O Oxidációs hatás szabadgyökön keresztül H 2 O 2 + Fe(II) = Fe(III) + OH + OH - Lebomlás 2 H 2 O 2 = O H 2 O + extrém hőképződés Lánc reakciók OH + H 2 O 2 = HO 2 + H 2 O HO 2 = O H + Lánc záró reakciók OH + Fe(II) = O 2 + H + + Fe(III) OH + Fe(II) = HO Fe(III) OH + RH = R + OH - O Fe(III) = Fe(II) + O 2 R + H 2 O 2 = ROH + OH

27 Hidrogén peroxid alkalmazásának szempontjai Biztonsági és munkavédelmi szempontok % oldatban használják - Erős hőfejlődés a felszín alatt - gőzképződés lehetséges - a PVC csövek megolvadhatnak a hőfejlődés következtében - O 2 fejlődés a bomlás következtében - mérőkutakban túlfolyás lehetséges - sztripping és csőhatás alakulhat ki, csökkenti a hatékonyságot - Extrém hatások miatt a berendezés anyagaival szemben szigorú követelmények 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 Perszulfát Diszulfát Nátrium-perszulfát (Nátrium-peroxomonodiszulfát) Kálium-perszulfát Ammónium-perszulfát Monoszulfát Kálium-peroxo-monoszulfát (KHSO 5, KHSO 4, K 2 SO 4 ) Nátrium perszulfát Na 2 S 2 O 8 (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 S 2 O e - = 2SO 4 2- Szabadgyökök képződése S 2 O = 2 SO - 4 SO H 2 O = OH + HSO - 4 Bomlás Na 2 S 2 O 8 + H 2 O = O 2 + Na 2 SO 4 + H 2 SO 4

28 Reakció utak (hidrolízis) Semleges ph S 2 O H 2 O = 2 HSO O 2 Hő-közlés S 2 O 8 2- = 2 SO 4 - Gyökös aktiválás Savas ph S 2 O H 2 O = 2 HSO H 2 O 2 Fe(II) katalízis S 2 O Fe(II) = SO 4- + SO Fe(III) Erősen savas S 2 O H 2 O = H 2 SO 5 + SO 4 2- Sav katalízis S 2 O H 2 O + H + = HSO 4- + H 2 SO 4 - Lánc-reakció SO RH = R + HSO - 4 SO H 2 O = OH + HSO - 4 OH + RH = R + H 2 O R + S 2 O 2-8 = SO HSO R SO OH - = OH + SO 2-4 Lánc záró lépések SO Fe(II) = Fe(III) + SO 2-4 OH + Fe(II) = Fe(III) + OH - R + Fe(III) = Fe(II) + R 2R = Lánc zárás Kezelés hatékonysága Sztöchiometria (perszulfát) irányítási lehetőségek (NaOH) CH-ek BTEX Fenol PAH Aktiválás lúggal 2Na 2 S 2 O 8 + C 2 Cl NaOH = 4Na 2 SO CO 2 + 4NaCl + 4 H 2 O Klórozott etén MTBE Klórozott etán Pesticidek PCB

29 Reaktivitás perszulfát Perszulfát alkalmazásának szempontjai 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 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. 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. Általános áttekintés / fogalmak Talaj Szennyezőanyagok formái Tisztítási eljárások Biológiai módszerek kiegészítés Fizikai módszerek In Situ Ex situ 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 Permanganát

30 Permanganát lebomlási útjai a talajban Direkt oxidáció MnO H 2 O + 3e - = MnO 2 (s) + 4 OH - Bomlás 4 NaMnO 4 + 2H 2 O = 3O NaOH + 4 MnO 2 Permanganát alkalmazásának szempontjai Nagyon stabil (hónapok) Vízoldékonyság - NaMnO g/l - KMnO 4 60g/l Vízveszélyességi osztály 3 A keletkező MnO 2 csapadék csökkentheti a talaj permeabilitását. Magas reaktivitás a talajmátrixal Egyszerű kezelés az injektálásnál Viszonylag ph független reakció (3,5-12 ph) Permanganát alkalmazásának szempontjai 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. Kálium-permanganát és klórozott szénhidrogének reakciói Perklóretén 4KMnO 4 +3C 2 Cl 4 +4H 2 O = 6CO 2 +4MnO 2 (s)+4k + +12Cl - +8H + Triklóretén 2KMnO 4 + C 2 HCl 3 = 2CO 2 + 2MnO 2 (s) + 3Cl - + H + + 2K + Diklóretén 8KMnO 4 +3C 2 H 2 Cl 2 +2H + = 6CO 2 +8MnO 2 (s)+8k + +6C - +4H 2 O Vinil klorid 10KMnO 4 +3C 2 H 3 Cl = 6CO MnO 2 (s) + 10K + + 3Cl - + 7OH - + H 2 O Klórozott szénhidrogének Oxidálószer igénye Reakciós utak a lebontás során Szennyező komponens Molekula tömeg (g/mol) Permanganát igény (g MnO 4 - / g szennyezőanyag) MnO 2 keletkezés (g MnO 2 / g szennyező anyag) 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 Hangyasav Glikolsav Glüoxilsav Oxálsav Fenantrén 178,2 14,7 10,7 Pirén 202,3 14,5 10,6

31 Keletkező köztes termékek példa Nátrium-permanganát reakciója perklór-eténnel Kalcium peroxid Kalcium peroxid lebomlási útjai a talajban Direkt oxidáció CaO H 2 O + e - = Ca(OH) OH - Bomlás / Hidrolízis 2 CaO 2 + 2H 2 O = 2 Ca(OH) 2 + O 2 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

32 Peroxid Ózon Permanganát Perszulfát Oxidáló szer H 2 O 2 /Fe Fenton Ózon Ózon/H 2 O 2 Permanganát (Na/K) Bontható szennyezőanyagok TCA, PCE, TCE, DCE, VC, BTEX, CB, fenol, 1,4- dioxin, MTBE, TBA, robbanóanyagok (TNT) PCE, TCE, DCE, VC, BTEX, CB, fenol, MTBE, TBA, TNT TCA, PCE, TCE, DCE, VC, BTEX, CB, fenol, 1,4- dioxin, MTBE, TBA, robbanóanyagok (TNT) TCE, PCE, DCE, VC, BTEX, PAH, fenol, robbanóanyagok (TNT) Közepesen bontható szennyezőanyagok DCA, CH 2 Cl 2, PAH, szén-tetraklorid, PCB DCA, CH 2 Cl 2, PAH DCA, CH 2 Cl 2, PAH, szén-tetraklorid, PCB Benzol, peszticidek Kevéssé bontható szennyezőanyagok CHCl 3, peszticidek TCA, szén-tetraklorid, CHCl 3, PCB, peszticid CHCl 3, peszticidek TCA, szén-tetraklorid, CHCl 3, PCB Vízzel telítetlen zóna kezelése Potenciális káros hatás ph / lúgosság Ellenálló képesség, stabilitás Oxidáló szer mennyisége Eredményesen alkalmazható Gáz fejlődés, hőfejlődés, melléktermék, fémek immobilizálása Erős hatása lehet a ph-ra, figyelembe kell venni a kezelés során a p-lúgosságot Gyorsan degradálódik a talajban, ha nem alkalmazunk inhibitorokat is Eredményesen alkalmazható Gáz fejlődés, melléktermék, fémek immobilizálása Erős hatása lehet a phra, figyelembe kell venni a kezelés során a p-lúgosságot Gyorsan degradálódik a talajban Eredményesen alkalmazhat ó Melléktermék, fémek immobilizál ása Erős hatása lehet a ph-ra Stabil szerkezet, kedvező a szennyezett zónában való szétterjedés szempontjáb ól Eredményesen alkalmazható Melléktermék, fémek immobilizálása Erős hatása lehet a ph-ra, figyelembe kell venni a kezelés során a p- lúgosságot Stabil szerkezet, kedvező a szennyezett zónában való szétterjedés szempontjából 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, 1,4- dioxin, MTBE, TBA PAH, robbanóanyagok, peszticidek PCB A talaj permeabilitás és heterogenitás A talajba jutatott oxidálószer elterjedését meghatározzák az adott terület speciális jellemzői. Redukciós eljárások áttekintése Fe 0 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 (Na 2 S 2 O 4 ) - Kalcium-szulfit (CaS x ) Nano-Vas (ISCR) 10 Centimeter Nanometer Centimeter Mikrometer Fe 2+ ásványok Vas-szulfid (FeS) Vas-oxid (Fe 3 O 4 ) stb Felületen katalizált reakciók Szennyezőanyagok lebomlási mechanizmusa (nem keletkezik Vinilklorid) CERN

33 Redukciós lebomlás Természetes vas körforgás a talajban β - elimináció Folyamatos vas reaktor Illékony halogénezett szénhidrogének Szerves komponensek Szulfid, mikroorganizmusok, szerves komponensek ásványok Pirit ásványok Geotit Kémiai redukció nanovassal Részecskék - Méret ~70 nm - Aktív felület ~30 m 2 /g - Anyagösszetétel 75% α-vas 25% Fe 3 O 7 Reakció utak a talajban 2 Fe 0 + O H 2 O = 2 Fe OH - Vas-oxid 2 Fe H 2 O = 2 Fe OH - + H 2 2 Fe 0 + R-X + 2 H 2 O = 2 Fe 2+ + R-H + X + OH - In situ kémiai oxidáció és redukció összehasonlítása PCE / TCE Jó lebomlás Jó lebomlás DCE / VC Nagyon lassú Nagyon jó lebomlás BTEX / PAH Bomlási seb. PCE / TCE MNA??? Maradék káros anyag - Jó lebomlás Közepesen gyors Relatív alacsony Gyors Relatív magas Költségek 1000 kg PCE eltávolításának költsége Oxidálószer Költség Sztöchiometrikus Költség Bomlással

34 Költségek Perszulfátos talajkezelés költsége Példa EZER EURO Futó költség Beruházási költség Oxidálószer Szennyezési góc kezelés PCE szennyezés, 1000 kg eltávolítása A szennyezés 800 m 2 -en és 8-12 m mélyen helyezkedett el Laza homokos talaj Mandzsettás injektáló kút 200 db mandzsettával Perszulfátos talajkezelés költsége Példa Kalcium-peroxidos talajkezelés költsége Példa Monitoring (ellenőrzés) Futó költség Kiegészítő mérések, vizsgálatok Tervezés E EUR Fúrás Szennyezési góc kezelése Vinilklorid szennyezés Finom homokos talaj A szennyezés 900 m 2 -en és 3-5 m mélyen terült el Gravitációs injektálás 10 kúton keresztűl Injektálás Kalcium-peroxidos talajkezelés költsége Példa Perszulfátos talajkezelés költsége Példa Szennyezési góc kezelése Finom homokos talaj Kalcium peroxid Monitoring E EUR Tervezés Fúrás A szennyezés 6-12 m melyen helyezkedett el helyezkedett el Gravitációs úton injektálás Injektáció

35 Perszulfátos talajkezelés költsége Példa Összefoglalás Perszulfát Kiegészítő mérések, vizsgálatok Tervezés Monitoring E EUR Fúrás Injektáció Összefoglalás Összefoglalás