Környezetvédelem | Tanulmányok, esszék » Dr. Fleit Ernő - Talajszennyezések kárelhárítási módszerei

Talajszennyezések kárelhárítási módszerei Dr. Fleit Ernő Egyetemi adjunktus BME Vízi közmű és Környezetmérnöki Tanszék Tel: 463 4260 e-mail: fleit@vcst.bmehu 1 Mi 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!! 2 A talaj összetétele   Szervetlen komponensek (kavics, homok, márga és agyag) Az agyagásványok (Al2 (OH)2 [Si4O10] 4 H2O) rétegszerkezetének és kémiai konfigurációjának a szorpciós folyamatokban van jelentősége 3 Talajvíz és talajatmoszféra 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.  4 Hazai talajtípusok 5 A talaj tulajdonságai       Szemcsézettség Permeabilitás Pórustérfogat A talaj vízkapacitása Kapillaritás Talajhőmérséklet 6 Hazai talajok 7 A szennyező anyagok (I.)  A szennyezett közeg szerinti felosztás:    Talaj, üledék, iszapok Felszínalatti vizek, felszíni vizek és csurgalékvizek (+ talaj atmoszféra a halogénezett és nemhalogénezett VOC vegyületek esetén) 8 A szennyező anyagok (II.) Nem halogénezett illékony szerves vegyületek 1-butanol 4-metil-2-pentanone Aceton Acrolein Akrilonitril Aminobenzol Szén diszulfid Ciklohexán Etanol Etil acetát Etil éter Izobutanol Metanol Metil etil keton (MEK) Metil izobutil keton n-butil alkohol Sztirén Tetrahidrofurán Vinil acetát 9 Halogénezett illékony szerves vegyületek   Hol fordulnak elő ilyen vegyületek, illetve melyek lehetnek a tipikus szennyezett

területek ? Égetőművek, vegyi üzemek hulladéklerakói, szennyezett tengeri és édesvízi üledékek, fémmegmunkáló műhelyek, tűzoltó gyakorlóterek, repterek hangárjainak környéke, hulladéklerakók és ezek csurgalékvizei, kilyukadt tartályok, festő és fényezőüzemek, peszticid/herbicid keverő üzemek (kiszerelés és gyártás), é s gépjárműjavító üzemek területei. 10 Halogénezett illékony szerves vegyületek 1,1,1,2-Tetrakloretán 1,1,1-Triklóretán 1,1,2,2-Tetrakloretán 1,1,2-Trikloretán 1,1-Dikloretán 1,1-Dikloroetilén 1,2,2-Trifluoretán (Freon 113) 1,2-Diklóretán 1,2-Diklórpropán 1,2-Transz-diklóretilén 1,3-cis-diklóór-1-propén 1,3-trans-diklórpropén 1-klór-2-propén 2-butilén diklorid Acetilén tetraklorid Bromodiklor metán Bromoform Bromometán Szén tetraklorid Klorodibrom metán Kloretán Kloroform Klorometán Kloropropán Cis-1,2-diklór etilén Cis-1,3-diklór propén Dibrom klórpropán Dibrom metán

Diklorobromometán Diklor metán Etilén dibromid Fluorotriklormetán (Freon 11) Glicerol triklorhidrin Hexaklorbutadién Hexaklórociklopentadién Hexaklor etán Metilén klorid Neoprén Pentaklor etán Perklór etilén Propilén diklorid Triklór trifluor etán Monoklór benzol Tetraklór etilén Triklór etilén (TCE) Vinil klorid Vinil triklorid Vinildién klorid 11 Nem-halogénezett „fél-illékony” szerves vegyületek (SVOC csoport) 1,2-benzacenaphthene 1,2-Diphenylhydrazine 1-aminonaphathalene 2,3-phenylenepyrene 2,4,-Dinitrophenol 2-aminonaphthalene 2-M ethylnaphthalene 2-Nitroaniline 2-Nitrophenol 3-Nitroaniline 4,6-Dinitro-2-methylphenol 4-Nitroaniline 4-Nitrophenol Acenaphthene Acenaphthylene Allyldioxybenzene methylene ether Anthracene Benzidine Benzo(a)anthracene Benzo(a)pyrene Benzo(b)fluoranthene Benzo(k)fluoranthene Benzoic Acid Benzyl alcohol Bis(2-ethylhexyl)phthalate Butyl benzyl phthalate Chrysene Dibenzofuran Diethyl phthalate Dim ethyl phthalate

Di-n-butyl phthalate Di-n-octyl phthalate Diphenylenem ethane Ethyl parathion Fluorene Indeno(1,2,3-cd)pyrene Isophorone M alathion M ethylparathion Naphthalene n-Nitrosodimethylam ine n-Nitrosodi-n-propylamine n-Nitrosodiphenylamine Parathion Phenanthrene Phenyl naphthalene Pyrene tetraphene Ethion 12 Halogénezett SVOC csoport (itt csak a peszticideket mutatjuk be!) Aldrin BHC-alfa BHC-béta BHC-delta BHC-gamma Klórdán 4,4´-DDD 4,4´-DDE 4,4´-DDT Dieldrin Endoszulfan I Endoszulfan II Endoszulfan szulfát Endrin Endrin aldehid Etion Etil paration Heptaklór Heptaklór epoxid Malation Metilparation Paration Toxafén 13 Tüzelőanyagok és szennyezőik 1,2,3,4Tetramethylbenzene 1,2,4,5Tetramethylbenzene 1,2,4-Trimethyl- 5ethylbenzene 1,2,4Trimethylbenzene 1,3,5Trimethylbenzene 1-Pentene 2-Methylheptane Benzo(k)fluoranthene n-Decane 2-Methylnaphthalene Chrysene n-Dodecane 2-Methylpentane Cis-2-butene n-Heptane 2-Methylphenol Creosols n-Hexane Cyclohexane

n-Hexylbenzene Cyclopentane n-Nonane 3,3,5Trimethylheptane 3,3-Dimethyl-1butene 2,2,4-Trimethylheptane 3-Ethylpentane 2,2,4-Trimethylpentane 3-Methyl-1,2butadiene 2,2-Dimethylheptane 3-Methyl-1-butene 2,2-Dimethylhexane 3-Methyl-1-pentene 2,2-Dimethylpentane 3-Methylheptane 2,3,4-Trimethylheptane 3-Methylhexane 2,3,4-Trimethylhexane 3-Methylpentane 2,3,4-Trimethylpentane 4-Methylphenol 2,3-Dimethylbutane Acenaphthene 2,3-Dimethylpentane Anthracene 2,4,4-Trimethylhexane Benz(a)anthracene 2,4-Dimethylphenol Benzene 2-Methyl-1,3-butadiene Benzo(a)pyrene 2-Methyl-2-butene Benzo(b)fluoranthene 2-Methyl-butene Benzo(g,h,i)perylene Dibenzo(a,h)anthracene n-Octane Dimethylethylbenzene n-Pentane Ethylbenzene Fluoranthene Fluorene Ideno(1,2,3-c,d)pyrene Isobutane Isopentane Methylcyclohexane Methylcyclopentane Methylnaphthalene Methylpropylbenzene m-Xylene Naphthalene n-Butane n-Propylbenzene n-Undecane o-Xylene Phenanthrene Phenol Propane p-Xylene Pyrene Pyridine Toluene Trans-2-butene

Trans-2-pentene Vinylbenzene 14 Szervetlen szennyezőanyagok  Mely területeken találhatók elsősorban? Lőterek és „hadi” területek, akkumulátor gyűjtő- és feldolgozó üzemek, égetőművek, vegyszerhulladék lerakók, szennyezett üledékek, csurgalékok, galvanizáló és krómozó üzemek, hulladéklerakók, elöregedett csatornahálózatok, radioaktív hulladéklerakók, homokfúvó üzemek, régebbi bőrgyárak, gk. javí tó egységek 15 Szervetlen szennyezőanyagok Alumínium Antimon Arzén* Bárium Berillium Bizmut Bór Kadmium Króm Kobalt Réz Vas Ólom Mangán Higany Cianid komplexek Molibdén Nikkel Azbeszt* Szelénium Ezüst Tallium Ón Titánium Vanádium Zink Zirkónium Cianid* 16 Radioaktív izotópok Americium-241 Bárium-140 Szén-14 Cérium-144 Cézium-134, -137 Kobalt-60 Curium-242,-244 Europium-152, -154, -155 Jód-129,-131 Kripton-85 Molibdén-99 Neptunium-237 Plutonium-238, -239,-241 Polonium-210 Rádium-224, -226 Radon-222

Ruthenium-103,106 Ezüst-110m Stroncium-89,-90 Technécium-99 Tellur-132 Tórium-228, -230, -232 Trícium Urán-234, -235, -238 17 A kárelhárítási technológia kiválasztása A kárelhárítási technológia elérendő céljai:  A szennyezés továbbterjedésének megakadályozása (lokalizáció)  Részleges mentesítés (pl. olajfázis kitermelése)  Teljes ártalmatlanítás  18 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? 19 Technológiai változatok  Lokalizációs eljárások   Horizontális lehatárolás Vertikális lehatárolás (árnyékolás) Alaszkai olajszennyezés átmeneti tárolása

télen 20 Mit tehetünk?  A szennyezés teljes lebontása: termális, biológiai és kémiai kezelés (in situ vagy ex- situ eljárások).  A szennyezés extrakciója és elkülönítése a környezeti közegektől (termális deszorpció, talajmosás, oldószeres kivonás, talajgáz extrakció (SVE - soil vapor extraction), felszínalatti vizek fázisszétválasztása, adszorpció szénen, kiűzés (stripping), ioncsere, vagy ezek kombinációja. A technológia megválasztásában a szennyező anyag jellege is döntő szerepet kap: pl. a levegőt könnyebb mozgatni a talajon keresztül mint a vizet, olyan illékony szennyező esetén, amelynek alacsony a vízoldékonysága az SVE hatékonyabb technológia lehet, mint a talajmosás.  Az immobilizációs technológiák (stabilizáció, szolidifikáció, és lehatárolás, pl. szádfalazás) Hosszú távon nincs hatékony immobilizációs technológia + felügyelet is szükséges. A stabilizációs technológiákat

gyakran használják fémes és más szervetlen mikroszennyezőkkel érintett talajoknál. 21 A lehetőségek összesítve:  Talajok, üledékek és iszapok:         Felszínalatti és felszíni vizek csurgalékok:        - In situ biologiai kezelés - In situ fizikai-kémiai kezelés - In situ termális kezelés - Ex situ biológiai kezelés (kitermelést követően) - Ex situ fizikai-kémiai kezelés (kitermelést követően) - Lehatárolás - árnyékolás - Egyéb kezelési eljárások - In situ biologiai kezelés - In situ fizikai-kémiai kezelés - In situ termális kezelés - Ex situ biológiai kezelés (kiszivattyúzással) - Ex situ fizikai-kémiai kezelés (kiszivattyúzással). - Lehatárolás - árnyékolás Légkibocsátások/off-gáz kezelés 22 Olaj szennyezések kezelése  Részleges mentesítési eljárások  Az olajfázis kitermelése  A vízfázis tisztítása  A gázfázis kezelése 

Teljes ártalmatlanítás 23 Teljes ártalmatlanítás Veszélyes hulladéklerakóba szállítás  Talajlevegőztetés  Talajmosás  Biológiai ártalmatlanítás  Égető berendezés alkalmazása  Termikus kezelés  Plazmatechnológia  24 Technológiai rendszerek (olajszennyezések kezelésére)   Ex-situ biológiai kezelés In-situ kármentesítés 25 Bioventilláció    A bioventilláció új, igéretes technológia a természetes, in-situ biodegradáció megvalósításában (lényege, hogy a természetes talajflórát elegendő oxigénhez juttatja a lebontási folyamatok megvalósításához. ) Külön előnye, hogy az adszorbeált szennyezőkön kívül a gőzök is lassú biodegradáción mennek át. Az U.S Air Force 145 telephelyén alkalmazta A bioventilláció közép, illetve hosszú távú technológia. A kármentesítés időigénye a néhány hónap-néhány év. 26 Tipikus bioventillációs berendezés 27

In-situ biodegradáció feltételei  Oxigén szint: a talaj víztelítettségével csökken, a homokos és vályogos talajokon jobb, mint az agyagos részeken, a magas redoxpotenciál értékek kedvezőtlenek, és a degradálható anyagok alacsony koncentrációban legyenek. Az oxigén ellátást különböző technikai eszközökkel is elősegíthetjük (pl. hidrogénperoxid injektálás).  Anaerob feltételek mellett is lehet biodegradációt megvalósítani, azonban ennek időigénye lényegesen magasabb, mint az aerob eljárásoké. Gyakran kombináltan alkalmazzák, az anaerob lépésben még le nem bomlott klórozott vegyületek bontását aerob (oxidatív) lépéssel fejezik be. 28 A bioremediáció feltételei   Víz: közvetítőközeg és a tápanyagok és szervesanyagok (szennyezések) transzportjában nélkülözhetetlen. A túlzott vízborítás megakadályozza a hatékony oxigén diffúziót. Tápanyagok: nitrogén, foszfor, kálium, kén, magnézium,

kalcium, mangán, vas, cink, réz és nyomelemek. (Liebig törvény). A szennyezett területeken legtöbbször a nitrogén és a foszfor nem áll rendelkezésre az igényelt mennyiségben. Ezeket valamely könnyen hozzáférhető formában adagolják. A foszfátadagolással vizsgázni kell, mert a fémekkel (pl. vas) alacsony oldékonyságú csapadékot képezve eltömítik a talajt. 29 pH és hőmérsékleti hatások  pH: befolyásolja az oldékonyságot (és ezen keresztül a hozzáférhetőséget), és ezzel közvetve befolyásolja a biológiai aktivitást. Számos toxikus nehézfém az alkalikus pH értékek mellett oldhatatlan formában kicsapódik (így pl. a mikroorganizmusok akut mérgezését el lehet kerülni)  Hőmérséklet: befolyásolja a környezetben a mikrobiális aktivitást (Arrhenius törvény). A biodegradáció sebessége csökken a hőmérséklettel, így a hazai klimatikus körülmények között folyamatosan csak klimatizált (fűtött)

berendezésben lehet biológiai lebontást hatékonyan megvalósítani. A lebontó mikroorganizmusok túlélik a fagypont alatti hőmérsékletet, és tavasszal „újra dolgozni kezdenek”. A túl magas hőmérséklet sterilizálja a talajt 30 Biológiai háttér megteremtése Bioaugmentáció (superbugs) LLMO, stb.  Kometabolizmus (anyagcsere termékek vagy enzimek átadása) a kis koncentrációk visszatérő problémája (kevés, de határérték feletti PAH nagy mennyiségű, könnyen bontható szubsztrát mellett)  Kezelhetőségi és megvalósíthatósági előkísérletek fontossága  31 Bioremediációs rendszer szennyezett talajok és felszínalatti vizek kezelésére Kezelt szennyezőanyagok: PAH-ok, nem-halogénezett SVOC-k és a BTEX csoport 32 További megfontolások és korlátok Költség: 7500-25,000 Ft/m3 talaj (kb.- kb!!)  A rendszer nem használható erősen kötött talajokban, és magas szennyezési értékeknél (direkt inhibíciós

hatások)  Nehézfémek, erősen klórozott szénhidrogének „helyből” toxikusak a bontást végző mikroorganizmusokra  33 További tájékozódásra ajánlott böngészőcímek  Biodegradáció     http://www.betterworldcom/BWZ/9608/coverhtm http://www.beakcom/Services/BioRemediation/BioContribut htm http://www.cpeoorg/techtree/ttdescript/ensolmxhtm http://www.cpeoorg/techtree/ttdescript/composthtm  http://www.cpeoorg/techtree/ttdescript/ensolmxhtm  http://www.cpeoorg/techtree/ttdescript/biorechtm 34