Gondolatok a sikeres kármentesítés egyik gátló tényezőjéről A finomszemcsés képződményekbe diffundált szerves szennyezők jelentősége Halmóczki Szabolcs, Dr. Gondi Ferenc BGT Hungaria Kft. Sikeres és tanulságos kármentesítési esetek KSZGYSZ konferencia, Budapest, 2015. március 24-25.
Klórozott szénhidrogének elvi eloszlása horizontálisan rétegzett heterogén laza üledékekben 26 March 2015 2. kép
Klórozott szénhidrogének elvi eloszlása repedezett kőzetekben 3/26/2015 3. kép
Nehézfázis (elkülönülő szerves fázis) típusai Nem összefüggő folyadékcseppek Összefüggő folyadékcseppek összefüggő folyadéktest 3/26/2015 4. kép
Nehézfázis eloszlása laza törmelékes üledékekben Z Kibocsátás helye X Y SNW Richards, Gerhard and Kueper, 2008 26 March 2015 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 5. kép
Diffúzív anyagáramok a telített zónában kezdetben.. Nehézfázisból oldott és adszorbeált formákba Oldottból adszorbeált formába... később Adszorbeáltból oldott formába 26 March 2015 6. kép
Mi a diffúzív anyagáram? Laza törmelékes üledékekben Oldott anyag kicserélődése molekuláris diffúzió révén a permeábilis és a kevésbé permeábilis zónák pórusvizei közt. Repedezett kőzetekben Oldott anyag kicserélődése molekuláris diffúzió révén a repedésekben tárolt víz és a kőzetmátrixban tárolt víz közt. 26 March 2015 7. kép
Mi a diffúzió hajtóereje? Koncentrációkülönbség Fick I. törvénye (egy dimenzióban) J = -D (dc/dx) ahol J = anyagáram sűrűség (mol/m 2 *s) D = diffúziós együttható (m 2 /s) C = koncentráció (mol/m 3 ) x = hossz (m) 26 March 2015 8. kép
Diffúziós együttható A diffúzió törmelékes üledékekben vagy repedezett kőzetekben lassabb mint vízben, mert az oldott anyagoknak hosszabb utat kell bejárniuk a szemcsék közt vagy a repedések hálózatában, és a szilárd szemcsékkel való ütközés lassítja a diffúziót. Az effektív diffúziós együttható: D e = ω * D 0 ahol D 0 a molekuláris diffúziós együttható vízben, ω tekervényességtől /tortuozitástól/ (T) függő együttható, ami mindig <1, ezért D e mindig <D 0. T >1 mindig, mert T=L e /L, ahol L e = a szivárgási pálya valódi hossza L = az áramlási pálya két végpontja közti egyenes hossza 26 March 2015 9. kép
Klórozott szénhidrogének sorsa a felszín alatti környezetben I. A szennyezés után hetekkel, hónapokkal 3/26/2015 10. kép
A nehézfázis és az oldott fázis kezdetben elsősorban a transzmisszív zónákba jut el Kezdetben a kevésbé transzmisszív zónák nem vagy alig szennyezettek 3/26/2015 11. kép
Klórozott szénhidrogének sorsa a felszín alatti környezetben II. Évekkel, évtizedekkel a szennyezés után 3/26/2015 12. kép
Klórozott szénhidrogének sorsa a felszín alatti környezetben III. Több évtizeddel a szennyezés után 3/26/2015 13. kép
I. Eset MIP diagnosztika Klórozott szénhidrogének jutottak a felszín alá az 1950-es, 1960-as években Földtani felépítés: heterogén, horizontálisan rétegzett laza törmelékes üledékek Nyugalmi vízszint Vízszivárgási sebesség nagyon alacsony, majdnem pangó víz Agyagos iszap, agyag Nyugalmi vízszint: 8 m terepszint alatt Homok A klórozott szénhidrogének a kevésbé áteresztő rétegekben dúsulnak Agyag, agyagos iszap A jó áteresztő képződményekben kisebb mértékű a szennyezettség A FID jelek a homokban nem klórozott bomlástermékek (etán, metán, etilén) jelenlétére utalhatnak 26 March 2015 14. kép
II. Eset MIP diagnosztika Zsírtalanítás és PCE kibocsátás az Nyugalmi vízszint 1960-as évek vége óta Földtani felépítés: heterogén, horizontálisan rétegzett laza törmelékes üledékek Vízszivárgási sebesség a homokban: 45 m/év Agyag, agyagos iszap Homok Nyugalmi vízszint: 4,2 m terepszint alatt PCE kibocsátás helye néhány méterre Homok Agyag, agyagos iszap 26 March 2015 15. kép
III. Eset - ROST-LIF diagnosztika Petrolkémiai üzem, termikus krakkolás az 1960-as évektől kezdve Nyugalmi vízszint Víznél kisebb és nagyobb sűrűségű szénhidrogén fázisok jutottak a felszín alá, összetétel: PAH, BTEX Földtani felépítés: heterogén, horizontálisan rétegzett laza törmelékes üledékek Gócterület a diagnosztika helyétől felvízi irányban Homok, kavicsos homok Vízszivárgási sebesség: akár 0,9 m/nap Iszap, homokliszt Homok, kavicsos homok Agyag, kőzetlisztes agyag Nyugalmi vízszint: 3,2 m terepszint alatt Szennyező anyagok jelenléte 12,5 méterrel a vízszint alatt az agyagban 26 March 2015 16. kép
A mátrixban tározódó szennyezőanyag koncentrációját/mennyiségét befolyásoló tényezők A kevésbé áteresztő képződmények jelenléte, az áteresztő és kevésbé áteresztő képződmények vastagsági viszonyai A felszín alatti környezetbe került vegyi anyag mennyisége A felszín alatti környezetbe került vegyi anyag koncentrációja A vegyi anyag perzisztenciája (mennyire nem hajlamos a bomlásra, átalakulásra) A felszín alatti víz szivárgási sebessége A képződmény szerves széntartalma A diffúzió folyamatának időtartama 26 March 2015 17. kép
Miért alakulnak ki téves elképzelések a szennyezőanyag valódi eloszlásáról? A hagyományosan és gyakran alkalmazott vizsgálati módszerekkel általában nem ismerik fel a szennyezőanyagok valódi eloszlását a felszín alatti környezetben A hosszú szűrőszakasszal ellátott és transzmisszív rétegre szűrőzött kutak vízkémiai eredményei ismeretében nem vonhatók le megbízható következtetések a kevésbé transzmisszív képződményekben tározódó nehézfázis jelenlétével, az adszorbeált szennyezettség mértékével, és mennyiségével kapcsolatban. Rendszerint nem vizsgálják a kevésbé permeábilis zónák szennyezettségét, holott több évtizede bekövetkezett szerves szennyezőanyag kibocsátások esetén az elkülönülő szerves fázis eltűnését követően az adszorbeált szennyezettség beoldódása az oldott csóvák tartós forrása lehet Kis áteresztőképességű réteg 26 March 2015 18. kép
Hogyan gyűjtsünk ismereteket a kis áteresztőképességű rétegekben tárolt szennyezettség mértékéről? In situ vizsgálati módszerek alkalmazása (MIP, LIF, FFD) A kis áteresztőképességű zónákból vett földtani közeg minták szennyezettségének laboratóriumi vizsgálata Közvetlenül a kis áteresztőképességű rétegekből vett vízminták vizsgálata (hagyományos kutak, BAT mintavétel, Cone sipper) Sok megrendelő a fenti szokatlan diagnosztikákat fölösleges pénzkidobásnak tarthatja! 26 March 2015 19. kép
A kis áteresztőképességű képződményekből visszadiffundáló szennyezők jelentősége Az oldott csóvák megléte hosszú évtizedekig még akkor is, ha az elkülönülő szerves fázis már nincs jelen Az oldott csóvák megléte hosszú évtizedekig még akkor is, ha a teljeskörű gócfelszámolás megtörtént A jó áteresztőképességű rétegeket megcélzó kármentesítés esetén a kevésbé áteresztő rétegekben jelentős szennyezőanyag mennyiség maradhat vissza, ami a visszafelé történő diffúzió révén elronthatja a kármentesítés eredményeit 26 March 2015 20. kép
Miért jelentős kihívás a teljeskörű kármentesítés heterogén képződményekben? A szennyezők nem csak a transzmisszív, hanem a kevésbé transzmisszív zónákban is tározódhatnak akár elkülönülő szerves fázisként akár adszorbeálva A legtöbb természetes folyamat (pl. mikrobiológiai lebomlás) és kármentesítési technológia alkalmazásának következményeként rövidtávon elsősorban a transzmisszív zónák minőségjavulása megy végbe A transzmisszív zónák szennyezettségének kezelése (eltávolítás, roncsolás, mikrobális lebontás) nem feltétlenül biztosítja a felszín alatti víz minőségének kellő mértékű tartós javulását, mert a kis permeabilitású rétegekből a nagyobb permeabilitású rétegekbe visszadiffundáló szennyezők tartós forrását képezik az oldott csóváknak 26 March 2015 21. kép
Mi lehet a hozadéka, ha felismerjük a kevésbé transzmisszív képződményekből a szennyezők visszafelé történő diffúzióját? Megbízhatóbb elvi területi modell (Conceptual Site Model) kimunkálása Hatékonyabb kármentesítési technológia kiválasztása, tervezése Irreális, műszakilag megvalósíthatatlan kármentesítési célok kitűzésének elkerülése A kármentesítés eredményességével kapcsolatos túlzott elvárások leépítése 26 March 2015 22. kép
Köszönöm a figyelmet! 26 March 2015 23. kép