Nano méretű zéró vegyértékű használata a klórozott szénhidrogének kármentesítésére, labor és terepi (pilot) tesztek Magyarországon az ipari területek egy jelentős része a korábbi tevékenység során elszennyeződött. Különösen kockázatosak azok a területek, ahol korábban felületkezelésként klórozott szénhidrogéneket alkalmaztak, amelyek havária események alkalmával, illetve a nem megfelelő üzemeltetés során a felszín alatti közegbe (talaj, talajvíz) kerültek. Ezek a szennyeződések fizikai és kémiai tulajdonságaik révén jelentős víztestet képesek elszennyezni, így komoly kockázatot jelenthetnek a vízbázisokra, a lakossági vízfelhasználásra. A rendelkezésre álló szakirodalmi adatok alapján a nano méretű zéró vegyértékű vas (nzvi) hatékonyan alkalmazható a talajvízben előforduló klórozott szénhidrogének lebontására, a szennyezett területek kezelésére. Ez az in situ kármentesítési technológiai jól kombinálható más insitu eljárásokkal (pl. mikrobiológiai kármentesítés), és kiválthatja a korábban alkalmazott, azonban bizonyos körülmények között nem hatékony talajvízkitermeléssel és vízkezeléssel járó eljárásokat (pump&treat). A K+F (GOP azonosító szám:1.1.1 09/1 2009 0074) tevékenység során a hazai gyártású nzvi kifejlesztéséhez a laboratóriumi és terepi teszteket az in situ kármentesítések területén többéves gyakorlattal rendelkező Golder Associates (Magyarország) Zrt. végezte el. Laborvizsgálatok: Az nzvi hatékonyságának megállapítására egy klórozott szénhidrogénekkel szennyezett területről származó talajvízmintákon végeztünk laboratóriumi kísérleteket. A vizsgálatok célja annak megállapítása volt, hogy az újonnan fejlesztett nzvi alkalmas e a talajvízben előforduló klórozott szénhidrogének lebontására. A laborvizsgálathoz, kis mennyiségben közvetlen a kísérlet előtt előállított nzvi t használtunk fel. A klórozott szénhidrogénekre (VOCl) szennyezett talajvízhez különböző feleslegekben (1,25x, 3,75x, 7,5x, 15x) adagoltunk nzvi oldatot és vizsgáltuk, a kísérlet 2., 5., 10., és 15. napján. A laborkísérlet eredményeit az alábbi táblázatban mutatjuk be: Szennyezőanyag Laborvizsgálat (vizsgálat ideje) nzvi 1,25x (%) nzvi 3,75x (%) nzvi 7,5x (%) nzvi 15x (%) VOCl 2. nap 0,00 87,24 84,81 85,54 VOCl 5. nap 5,63 87,24 85,38 87,24 VOCl 10. nap 49,74 88,93 86,43 86,67 VOCl 15. nap 48,29 90,55 89,58 90,79 Az eredmények alapján megállapítható, hogy már a kísérlet 2. napján az nzvi vel kezelt minták több mint 80% os csökkenést mutatnak a talajvíz VOCl koncentrációját illetően. A VOCl lebontás hatékonysága a kísérlet 15. napján 90% eredményt mutatott. A sikeres laboreredmények terepi tesztkísérlet elvégzését indokolták. Terepi teszt: A terepi teszt terület helyszíne Törökszentmiklóson lett kijelölve. A telephelyen korábban vegyi anyagok, többek között klórozott szénhidrogének átfejtése tárolása történt és ennek következtében jelentős mennyiségű klórozott szénhidrogén került a talajvízben. A terepi tesztkísérleteket 2011.
július és november között végezztük el. A teeszt területen észlelt VO OCl szennyezettséget és vertikális L hoggy a legfelsső talajvíztarrtó egész vertikuma v eloszlásáát az 1. sz. ábrán muttatjuk be. Látható, szennyezzett (~28,0 m mélységig)) az első vízzááró rétegig. PC CE, TCE, DCE és VC ko oncentráció eloszlás CMT C kutak koncetráció (µg/l) 1 10 100 1000 10000 100000 0.0 5.0 mélység (m) 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 Tetraklóretéén (PCE) Vinil klorid (VC) Triklóretéén (TCE) VOCl Diklóreetén (DCE) 1. ábra: A tesztterület vertikális sze ennyezettség g eloszlása t terület bemutatása b 2. ábra: A teszt t az ún. új lefejttő környezettében alakíto ottuk ki. Az injektáló ponttól egyenkként 2 m A teszt területet távolsággban kb. eggymással 12 20 szöget bezáró, úgyynevezett CMT C (három m rétegre szűrőzött)
monitoring kúthármasokat hoztunk létre. A szűrözési mélységeket a helyszínen elvégzett CPT szondázást követően jelöltük ki. A terepi teszt területét és a szűrőzött szakaszokat a 2. sz. ábrán tüntettük fel. A kísérlet ideje alatt 3 alkalommal történt 3 különböző mélységközben. Az okat direct push módszerrel végezte a Golder Zrt. az ún. Pagani TG63 150 penetrométer használatával. A penetrométer (3. sz. ábra) használatának előnye, hogy nincsen szükség injektáló kút kialakítására. Az hoz kiválasztott pontban bármikor lesajtolható az injektáló lándzsa és különböző mélységekben lehet az t végezni. 3. ábra: Pagani penetrométer Az okat 24,5 25,0 m (2011 aug); 18,0 18,5 m (2011. szept) és 9,0 9,5 m mélységben végeztük. Minden alkalmával 10 g/l koncentrációjú, 3m 3 mennyiségű nzvi oldat került ra (4. sz. ábra) 29l/perc hozam és 8 12 bar túlnyomás alkalmazása mellett. Az t követően 3 m 3 tiszta vizet juttatunk a víztartóba a minél nagyobb hatásterület biztosítása céljából. Az okat minden alkalommal legalább egy hónapos monitoring vizsgálat követte. A monitoring vizsgálatok ideje alatt az hatékonyságának ellenőrzése céljából rögzítettük a talajvíz paramétereinek változását (redox potenciál) illetve laboratóriumi analitikai vizsgálatokkal nyomon követtük a talajvíz klórozott szénhidrogén koncentrációjának változását. A redox potenciál eredmények (5. sz. ábra) alapján látható hogy mindegyik alkalommal az éppen injektált mélységben a talajvíz redoxpotenciál értéke jelentősen csökkent akár 700 mv értéket is meghaladóan. Ezek az eredmények alátámasztják az hatékonyságát és az alkalmazott nzvi megfelelő minőségét (erősen reduktív környezetet eredményezett a víztartóban).
4. ábra: nzv VI terepen, injjektálás előtt A tetraklóretén (PCEE) és összes klórozott k széénhidrogén (V VOCl) monitoring eredm ményeket a 6. és 7. sz. ábrán mutatjuk m be. A vizsgálati pontokban jelentős PCE koncentráció csökkenés észlelhető ő már az injektáláás első ütemét követően n. A VOCl kon ncentrációk összességéb ben csökkenéést mutatnak az nzvi injektáláást követően. Megfigyelh hető, hogy a csökkenés erőteljesebb e a talajvíz felső rétegeibe en, míg a legalsó rétegben r az haarmadik ütem mét követően kissé növeekednek a VO OCl koncentrrációk. Ez a folyam mat tulajdon nítható az in njektálás oko ozta fizikai hatásoknak, melynek kö övetkeztében a talaj pórusaib ban kötött VO OCl felszabad dult és a mélyebb rétege ekben mobiliizálódott. A kifejlesztett és a laaboratóriumi és terepi teesztekkel kip próbált nzvi megfelelő h hatékonyságggal képes ncentrációjú és nagy víztestet v elszennyező klórozott volt kezzelni a felttárt igen jeelentős kon szénhidrrogént. Az ok alkalmával bejuttatott mennyiségeek (3 3m3) aalkalmasak voltak v az injektáláás 2 m sugarú ú környezetéében a több mint 25m vaastag víztartó ó kezelésére. A további kutatások k során teervezzük megghatározni, hogyan h lehett az egyes szzennyeződéssek mellett aaz alkalmazandó nzvi összetéttelét, mennyyiségét optim malizálni, illeetve az injekktálásokat ho ogyan lehet úgy elvégezzni, hogy annak fizzikai hatása (pl. ( a póruso okban marad dt szennyeződés mobilizáálódása) minéél kisebb leggyen. A kifejlesztett nzvi hatóanyag h m minél gazdasáágosabbá tétteléhez terveezzük egy heelyszíni gyárttó modul kifejleszttését, amellyel a szállítáási költségek minimalizáálhatók, illettve a gyártáástól a felhaasználásig eltelt id dő drasztikusan lecsökkenthető (azaz az előállított e n nzvi oxidáló ódásának kockázata k minimalizálható), ígyy a beavatkozás hatékonyysága növelh hető.
100 I. ütem II. ütem III. ütem 0 Redoxpotenciál (mv) 100 200 300 400 500 600 700 800 Idő CMT 1/1 CMT 1/2 CMT 1/3 CMT 2/1 CMT 2/2 CMT 2/3 CMT 3/1 CMT 3/2 CMT 3/3 9 5. ábra: Redox potenciál eredmények 300000 I. ütem II. ütem III. ütem Tetraklóretén CMT 3/3 micrg/l 275000 250000 225000 200000 175000 150000 125000 CMT3/1 CMT3/2 CMT 2/1 CMT 2/2 CMT 2/3 CMT 1/1 CMT 1/2 CMT 1/3 21 28 m 13 19 m 4 10 m 100000 75000 50000 25000 0 Idő 6. ábra Tetraklór-etilén eredmények (PCE).
550000 I. ütem II. ütem III. ütem Összes klórozott szénhidrogén (VOCl) micrg/l 500000 450000 400000 350000 300000 250000 CMT 3/3 CMT3/1 CMT3/2 CMT 2/1 CMT 2/2 CMT 2/3 CMT 1/1 CMT 1/2 CMT 1/3 21 28 m 13 19 m 4 10 m 200000 150000 100000 50000 0 Idő 7. ábra: VOCl eredmények