Talajvédelem XII. Kármentesítés Talajtisztítási módszerek
Új iparág kialakulása: kármentesítés
Kármentesítés szakaszai 1995. évi LIII. Törvény 18. -a Kármentesítés szakaszai: a, tényfeltárás b, műszaki beavatkozás c, utóellenőrzés
Tisztítási technológia kiválasztását befolyásoló szempontok - szennyező anyag fajtája, kémiai-fizikai tulajdonsága - szennyezés helye, regionális viszonyok - anyagi források - körny. védelmi követelményrendszer - különleges helyi adottságok, terület funkciója - lakossági és szakhatósági akceptálhatóság
Környezeti kockázat csökkentésének lehetősége Megoldások: - szennyezett területet nem kezelik, módosítják a területhasználatot - lokalizálják a szennyezett területet - talajcsere
Kármentesítési technológia In situ Ex situ On site Off site
Tisztítás szerinti módszerek Módszerek Fizikai Termikus Kémiai Egyéb
Több szennyezett terület esetén a fontossági sorrend Szempontjai: -emberi környezet veszélyeztetése - vízbázisok védelme - szennyezőanyag terjedése - felszíni befogadó közelsége - természetvédelmi terület, vízgazdálkodási terület közelsége - műemléki védelem
In situ: (eredeti helyzetben). Ide tartozik valamennyi olyan technológia amikor a szennyeződött földtani közeget, felszín alatti vizet olyan eljárással tisztítják meg a szennyező anyagtól, hogy tisztítás során nem termelik ki a szennyezett földet és a tisztított felszín alatti vizet visszaszikkasztják a munkaterületen belül.
In situ biológiai eljárások - Természetes szennyezőanyag csökkentés - Természetes biodegradáció fokozása - Bioventiláció - Bioremediáció
Természetes csökkenés a talajban Alkalmazási korlátok: a terület részletes feltárása és hosszú távú megfigyelése drágább lehet, mint egyéb "aktív" mentesítési technológia; egyes transzformált bomlásközi szennyezők toxikusabbak lehetnek, mint az eredeti anyag; hasadékos közegben (karsztos területek) a szennyezés terjedése kiszámíthatatlan, helyben tartása nehézkes; a felszín alatti vizek szennyezése miatt a vízkészlet használatáról le kell mondani; nem víz fázisú folyadékok vagy szabad fázisban lévő szennyezők eltávolítása a természetes lebomlás előtt szükséges lehet; fémek csak ideiglenesen válnak immobilissá, mert a természetes lebomlás során a talajban újra oxidált környezet jön létre.
Bioventiláció Lényege: A szennyezett talajban a biológiai lebontást oxigénbevitellel serkentik. A talajban természetesen jelenlévő mikroorganizmusok számára a bejutatott oxigén segítségével az aerob úton lebontható szennyezők eltávolításának sebessége fokozható.
Alkalmazási korlátok: a magas talajvízállás (1-2 m), telített talajlencsék és kis áteresztőképességű közeg; kivételesen alacsony nedvességtartalom; a talajfelszínen eltávozó gázok megfigyelése szükséges lehet; az alacsony hőmérséklet csökkenti a remediáció sebességét.
A bioventillációs eljárás vázlatos felépítése
Bioremediáció Lényege: A szerves szennyezők mikrobák általi eltávolításának érdekében vizes oldatot cirkuláltatnak a szennyezett közegen keresztül. A vizes oldatban lévő tápanyag és oxigén a talajban jelenlévő mikrobák aktivitását növeli és felgyorsítja a szennyezők lebontási folyamatát.
Alkalmazási korlátok: a vizes oldat cirkuláltatása következtében a szennyezők mobilitása növekedhet, amely a mélyebb rétegek vizének tisztítását is szükségessé teheti; számítani lehet a beszivárogtató kutak mikrobák általi eltömődésére; nem alkalmazható agyag, erősen rétegzett vagy heterogén közeg esetén az oxigén átvitel korlátozása miatt; nagy koncentrációjú nehéz fémek, hosszú láncú szénhidrogének, vagy szervetlen sók mérgezőek lehetnek a mikroorganizmusok számára; a lebontás sebessége a hőmérséklet csökkenésével fordítottan arányos; a talaj szerkezete és összetétele megakadályozhatja a szennyezőanyag és a mikroorganizmusok érintkezését.
Az in-situ biodegradációs eljárás alkalmazása talaj és talajvíz remediációjára
Talajműveléses kezelés Lényege: Felszíni szennyezések esetén a biológiai lebontás elősegítése érdekében a szennyezett felszínt felszántják, ezáltal a szennyezők aerob lebontásához szükséges oxigén bevitelével a lebontási folyamat sebességét gyorsítják.
Alkalmazási korlátok: nagy területre van szükség; a biológiai lebontás feltételeinek szabályozása nehézkes, a természetes folyamatok (csapadék, hőmérséklet) a lebontási folyamatot erősen befolyásolják, elnyújthatják; a szervetlen szennyezők nem bomlanak le; a légszennyezés elkerülése érdekében az illékony komponensek előzetes kezelése szükséges lehet; elsősorban szántás idején a porzás elleni védelemről gondoskodni kell; fém ionok toxikusak lehetnek a mikrobák számára és a szennyezett talajból a mélyebb rétegekbe mosódhatnak; a kezelhető réteg maximális vastagságát a szántási mélység határozza meg (kb. 50 cm) a csurgalékvizek összegyűjtéséről megfigyeléséről és/vagy kezeléséről gondoskodni kell; környezeti adottságok (terepesés, erózió) akadályozhatják a módszer alkalmazását.
Fitoremediáció Lényege: A szerves vagy szervetlen szennyezések eltávolítása, megkötése a növények segítségével történik. Fitostabilizáció Fitoextrakció Fitovolatizáció során a növény gázneművé alakítja és légtérbe juttatja a szennyezőanyagokat (Hg, As, Se) Fitodegradáció esetében a növény maga, vagy gyökerének morfológiája segítségével elbontja, mineralizálja a biodegradálható vegyi anyagokat. Szerves anyagok átalakítására alkalmazzák elsősorban(szerves oldószerek,olajszennyeződés, robbanóanyagok). A rhizotofiltráció lényege, hogy a növények gyökérzete és a gyökérzónában élő mikroorganizmusok együttműködve kötik meg (adszorbeálják), szűrik ki és bontják le a vízben található szennyezőanyagokat. Így elsősorban szennyvizek, csurgalék vizek kezelésére alkalmas módszer.
Fitoextrakció Fitoextrakció során magasabb rendű növényeket alkalmaznak szennyezett talajok megtisztítására. Ezt az eljárást nehézfémek eltávolítására alkalmazzák leginkább(pb,zn,cd ) A növények számára könnyen felvehetővé válnak a fémek, ha kelátképzőt (pl. EDTA) juttatunk a talajba (indukált fitoextrakció). A növények betakarítása és feldolgozása nagy figyelmet igényel,mivel ezek veszélyes hulladéknak minősülnek.
Fitostabilizáció Fitostabilizáció során a szennyezőanyagot kémiailag stabilabb, kevésbé oldékony, kevésbé mozgékony és kevésbé mérgező formájúra alakítják át. Elsősorban a kimosódás elleni védelem érdekében lényeges. A technológia során különféle adalékanyagokkal kezelik a szennyezett területet, amit később növénytakaróval fednek le. Cél a szennyező anyagok helyszínen történő immobilizálása.
Alkalmazási korlátok: a mentesített közeg mélységét a növényzet gyökérzóna mélysége határozza meg (általában csak sekély mélység esetén alkalmazható); nehézfémek magas koncentrációja toxikus lehet a növényekre nézve; szezonális lehet 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 végtermék mobilizálódhat, bekerülhet a felszín alatti vizekbe, majd felhalmozódhat az állatok szervezetében.
Egyszerű fitoremedáció
In situ fizikai kémiai eljárások - Pneumatikus fellazítás - Talajlevegő kiszívása és kezelése - Talaj vizes mosása - Vitrifikáció - Hőkezelés
Elektrokinetikus szétválasztás Lényege: Eltávolítja a fémeket és szerves szennyezőket a rossz áteresztő képességű talajokból, iszapból, elektrokémiai folyamatok útján deszorbeálja majd eltávolítja a fémeket és poláros szerves szennyeződést
Alkalmazási korlátok: a hatékonyság jelentősen lecsökken, ha a szennyezett közeg nedvességtartalma 10% alatt van (a legnagyobb hatékonyság 14-18% nedvességtartalom között érhető el); semleges elektródákat mint pl. szén, grafit, platina kell használni, hogy maradék szennyezés ne kerüljön vissza a talajba. Fémes elektródák oldódhatnak elektrolízis során; a módszer leghatásosabb agyagban, vagy agyagos talajban, az agyagásványok negatív felületi töltése miatt; oxidáció/redukció következtében nem kívánatos melléktermékek is keletkezhetnek (pl. klórgáz) föld alatti fémtárgyak, szigetelőanyagok a vízáteresztő képességet erősen befolyásolják.
Az in-situ elektrokinetikus szeparáció folyamata
Repesztéses fellazítás Lényege: Alacsony áteresztő képességű vagy tömör rétegekben hatékony módszer, amelynek segítségével a kőzetben mesterséges repedéseket hoznak létre. Ez növeli számos in situ technológia hatásfokát és gyorsítja a gázok kitermelését.
Alkalmazási korlátok: földrengésveszélyes területeken nem alkalmazható; nem agyagos talajokban a repedések záródására lehet számítani; a terület részletes feltárása szükséges (közművek, stb.); elképzelhető, hogy az üregek elősegítik egyes szennyezések nemkívánatos mozgását is (pl. a nem víz fázisú folyadékok mozgása a vízadó alján).
Talajmosás Lényege: Vizet vagy egyéb adalékot is tartalmazó vizes oldatot juttatnak a szennyezett közegbe a szennyezés kioldásának fokozása érekében. Cél a talajvíztükör olyan mértékű megemelése, hogy a szennyezett talajteret elérje, s lehetővé tegye a szennyezések feloldását.
Alkalmazási korlátok: a mosó folyadék és a talaj kölcsönhatása következtében a porozitás, ezáltal a szennyezés mobilitása csökkenhet; alacsony áteresztő képességű vagy heterogén közeg mentesítése nehézkes; 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.
In-situ talajmosatás
Átlevegőztetés Lényege: Kitermelő kutakat létesítenek, amelyeket vákuum alá helyeznek. Vákuum hatására kialakuló nyomás eredményeként az illékony gáz fázisú szennyezők eltávolíthatók.
Alkalmazási korlátok: finom szemcséjű talajokban és magas nedvességtartalom (telítetthez közeli) esetén nagyobb vákuum alkalmazása szükséges, mely a költségeket növeli és gátolja a módszer alkalmazhatóságát; erősen változó áteresztőképességű és rétegzettségű talajokban a hosszú szűrőzött szakaszok kívánatosak, ennek hiányában sokszor egyenetlen gázkitermelés alakul ki; magas szerves-anyag tartalmú talajok nagy szorpciós képessége miatt csökken a kitermelhető szennyezők mennyisége; szükséges lehet a kitermelt gázok tisztítása; a gázkezelés után a folyadék elhelyezéséről, kezeléséről gondoskodni kell; a használt szénszűrők regenerálása, lerakása is feladat; telített zónában a rendszer nem hatékony, bár talajvízszint süllyesztéssel kiterjeszthető az alkalmazhatóság (ezért meg kell fontolni a felúszó szennyezésekkel való foglalkozást is).
In-situ talajpára-kitermelés és kezelés
Hőmérséklet növeléssel segített talajpára kitermelés Lényege: A félig illékony szennyezők eltávolításának hatékonysága növelhető a hőmérséklet emelésével. Hőmérséklet növelésére forró levegőt vagy gőzt fuvatnak a talajba, vagy elektromos fűtést alkalmaznak.
Vitrifikáció Más néven talajüvegesítés, a szennyezett talaj magas hőmérsékleten (1200 C-on) történő megolvasztása, melynek során a talaj szilikátjaiból üvegszerű, amorf vagy kristályos szerkezetű szilárd anyag keletkezik, a szerves szennyezőanyagok deszorbeálódnak és/vagy pirolízissel elbomlanak, a toxikus fémek pedig immobilizálódnak. Célja: a talajban található szennyező anyagok, mint például nehéz fémek, radioaktív maradványok vagy peszticidek megkötése és ezáltal ártalmatlanítása.
A vitrifikáció kivitelezhető in situ vagy ex situ formában is. Ex situ termikus eljárás: a szennyezett talajt magas hőmérsékleten megolvasztják In situ fizikai-kémia eljárás: elektródákat helyeznek a talajba, és elektromos áram segítségével megolvasztják a talaj szilikátjait
In situ vitrifikáció Megszilárdult olvadék
Ex situ eljárások: ( nem eredeti helyzetben) - ex situ on site - ex situ off site Módszerek Biológiai Fizikai Kémiai
Bioágyas remediáció Lényege: Az adalékokkal összekevert szennyezett talajt a talajfelszínen szétterítik. A szénhidrogénnel szennyezett talajok tisztítására alkalmas. A biológiai lebontás fokozható tápanyag, nedvesség tartalom, oxigén, megfelelő hőmérséklet és ph beállításával.
Alkalmazási korlátok: a szennyezett talaj kitermelése szükséges; kísérletekkel kell megállapítani az adott szennyezés biológiai lebonthatóságát, az oxigén és tápanyagbevitel mértékét; halogénezett komponensek esetében a kezelés hatásfoka megkérdőjelezhető; a statikus kezelés kevésbé egyenletes tisztításhoz vezet (a rendszeres forgatáshoz viszonyítva).
Ellenőrzött, szilárd fázisú bioágyas talajkezelés
Talajmosatás Lényege: A talaj finom frakciójához kötött szennyezőket mosás segítségével elválasztják a talaj többi részétől. A talajmosás nagyon ígéretes mentesítési technológia, elsősorban nehézfémek, radioaktív anyagok és szerves szennyezők eltávolítására. Ennek ellenére ipari alkalmazása nem igazán terjedt el
Alkalmazási korlátok: - komplex szennyezés esetén a mosó folyadék optimális kiválasztása nehéz; - magas humusztartalom esetén előzetes kezelésre lehet szükség; - az agyagszemcsékhez kötött szerves szennyezők eltávolítása nehézkes lehet; - mosóoldat ill. a kezelt talajban maradó mosóoldat további kezelést igényelhet.
A talajmosatásos eljárás folyamata
Égetés Lényege: Magas hőmérsékleten, 870-1200 C-on égetik el (oxigén jelenlétében) a halogénezett és egyéb nehezen kezelhető, veszélyes szerves szennyezőket. A megfelelő égés gyakran csak kiegészítő fűtőanyaggal biztosítható. Az eltávolítás hatásfoka megfelelően működtetett égetőben meghaladja a 99,99%-ot. A távozó gázok és a salak kezelése szükséges.
Alkalmazási korlátok: szükséges lehet a hamuban felhalmozódó nehézfémek stabilizálása; a betápláló ágban a fémek reakcióba léphetnek egyéb elemekkel, (mint pl. klór, kén) illékonyabb és toxikusabb vegyületeket alkotnak a kiindulási állapotnál; a nátrium és a kálium alacsony olvadáspontú hamut képezhet, mely megtámadhatja a tégla szigetelést, bűzös réteget képezve a kürtőben; a hulladék méretére és anyagkezelésre vonatkozó speciális igények az alkalmazhatóságot adott helyen erősen befolyásolhatják; az illékony nehézfémek miatt füstgáztisztítás szükséges.
Pirolízis Lényege: A pirolízis oxigén nélkül a szerves anyagokban hő hatására létrejövő kémiai lebomlás/átalakulás. A szerves anyagok különböző gázokra és szilárd anyagokra (pl. koksz) bomlanak. A pirolízis általában nyomás alatt, 430 o C feletti hőmérsékleten zajlik le. A keletkező gázok további kezelést igényelnek.
Alkalmazási korlátok: speciális anyagkezelési és adagoló méreti előírások befolyásolhatják az alkalmazhatóságot és a költségeket is; a szennyezett közeg szárítása szükséges, 1% alatti nedvességtartalom kívánatos; magas nedvességtartalom növeli a mentesítés költségét; a kezelt anyag nehézfém tartalma miatt stabilizálásra is szükség lehet.
Kitermelés, elszállítás és deponálás talajcserével Lényege: A szennyezett talajt kitermelik, kezelőtelepre és/vagy lerakóra szállítják. Már a lerakóhely létesítése előtt gondos vizsgálatokkal kell kiválasztani a legalkalmasabb területet. A tervezés során a szigetelés, a csapadékvizek hatékony elvezetése, valamint a hosszú távú megfigyelést lehetővé tevő monitoring rendszer kialakítása a legfontosabb követelmény. Végleges lerakók esetében a lerakó teljes élettartama alatt szükséges a megfigyelés és karbantartás.
Talajcsere (Cianid + PAH)
Alkalmazási korlátok: a kitermelés során felszabaduló gázok keletkezése problémát okozhat; a legközelebbi alkalmas lerakóhely távolsága a mentesítendő területtől nagymértékben befolyásolja a költségeket; a szennyezett talaj mennyisége, elhelyezkedése; a szennyezett talaj szállítási útvonalán a települések ellenállására is lehet számítani; radioaktív szennyezések, vagy vegyes szennyezések lerakására nagyon kevés alkalmas terület van; a lerakó nem megfelelő kialakítása vagy üzemeltetése szag, bűz vagy egyéb (rovar, szúnyog, légy) problémákat okozhat.
Olajszennyezett talaj/talajvíz kármentesítése
LNAPL szennyezés kármentesítése Szennyező forrás LNAPL párolgás olajlencse oldódás Talajcsere (< 6m) Olajlencse eltávolítása A talajvíz kiszivattyúzása és kezelése A telítetlen talajréteg bioszellőztetése Reaktív gátak (bioscreen) Talajvíz áramlás agyagréteg
DNAPL szennyezés kármentesítése Szennyező forrás DNAPL Talajvíz áramlás párolgás oldódás elsüllyedt réteg Talajcsere (< 6m) A talajvíz kiszivattyúzása és kezelése A telítetlen talajréteg bioszellőztetése Reaktív gátak (bioscreen) Elsüllyedt réteg eltávolítása? agyag réteg
Talajtisztítás a talajgáz és talajvíz kiszivattyúzásával, kezelésével Olaj talajvíz
A talajvíz kiszivattyúzása és kezelése a víztisztítóhoz talajvízszint szennyezés Nem túl hatékony: VOC kis oldhatóságú deszorpció szükséges lassú folyamat több víz szükséges csökkenti a talajvízszintet szűrő
(Bio)szellőztetés A VOC elpárologtatása O 2 adagolás Csak a telítetlen rétegben Talajvíz-kivétellel kombinálva Csak homok- és szerkezetes agyagtalajokban
a levegőtisztítóhoz levegő levegő a levegőtisztítóhoz levegő Levegőztetés forrás maradék telítettség olajlencse Levegő injektálása a talajvízbe Kigőzölés (sztrippelés) levegőbuborékokkal Párologtatás O 2 -adagolás biodegradáció