Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Olajszennyezések terjedése Olaj a talajban és a felszín alatti vízben Fetter Éva Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Olajszennyezések terjedése Olaj a talajban és a felszín alatti vízben Fetter Éva Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék"— Előadás másolata:

1 Olajszennyezések terjedése Olaj a talajban és a felszín alatti vízben Fetter Éva Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék

2 Kőolaj és kőolajszármazékok előfordulása a felszín alatt  folyékony (szabad) fázis a talajban,  oldott fázis a felszín alatti vízben,  gázfázis a talaj szabad pórusaiban. Az egyes előfordulási formák az alábbi tényezőktől függnek változó mértékben:  talaj fizikai és kémiai tulajdonságai  hidrogelógiai adottságok  a kőolajszármazékok fizikai és kémiai tulajdonságai.

3 Mi történik ha az olaj a talajra kerül?  A talajfelszínre kiömlött olaj szétterül, majd függőleges irányú beszivárgással egyre nagyobb mélységbe hatol és elérheti a talajvízszintet.  Az olaj talajbani mozgásánál alapvető különbséget kell tenni az olajnak, mint fázisnak szétterülése és a vízben oldott olaj mozgása között.  Amíg ugyanis az oldott anyagok a szivárgó- és talajvízzel együttesen vándorolnak, addig az olaj laza kőzetekben, talajokban összefüggő olajtestet képez.  A talajba kerülő olaj lényegében a nehézségi erő hatására húzódik lefelé és un. olajtest alakul ki, melynek alakja és nagysága a talaj és az alatta elhelyezkedő földtani összlet nemétől és szerkezetétől, valamint az olaj mennyiségétől és fizikai tulajdonságaitól is függ.

4 Olajtest alakja különböző típusú talajban Egynemű talajKülönböző áteresztőképességű talaj Át nem eresztő talaj

5 A talajba beszivárgott olaj viselkedése  A kiömlő és a talajokba beszivárgó kőolajszármazékok jelentős hányada szabad formájú, önálló folyadékfázisként fordulhat elő a talaj-talajvíz rendszerben  Az önálló szerves folyadék fázis vertikális és horizontális irányban történő terjedésének sebessége a talaj porozitásától és a porozitással összefüggő - áteresztőképességtől függ.  Valamely kevéssé áteresztő talajréteg a szivárgási keresztmetszet szétterülését eredményezi. Jobb áteresztőképességű talajréteghez érve azután újra lecsökken a szivárgási keresztmetszet.  Teljesen száraz talajok esetében a kőolajszármazékok jól megkötődhetnek a talajok szilárd fázisának felületein.

6 Az olajtest eléri a felszín alatti vizet Ha a beszivárgó szénhidrogén –szennyeződés mennyisége nagyobb, mint a telítetlen talajrétegek szénhidrogén visszatartó képessége, a szennyeződés lehatolhat a talajvízszintig. A talajvízszint periodikus ingadozása további talajrétegek elszennyezéséhez vezethet.

7 Olajtestből kioldódó olaj útja az olaj fázisként van jelen a szivárgási tartományban és a szivárgó vízzel lép érintkezésbe az olaj fázisként van jelen a talajvíz tartományban és állandóan érintkezik az áramló talajvízzel

8 Az olajpárna hatása  Kialakulása kis forráspontú, könnyen illó üzemanyagok esetén  A szivárgási tartományban elhelyezkedő olajtest körül tehát szénhidrogén -gőzökből álló olajpárna fog képződni  Zömmel a kapilláris sáv feletti rétegben helyezkednek el

9 Az olaj mozgásainak és megkötődésének komplex folyamata talajokban

10 Lehetséges szennyezőanyag források az olajat illetően  Nagymértékű talajszennyezést okozhatnak az olaj és gázkutak fúrása során a kitörés, vagy berobbanás következtében felszínre kerülő olajtartalmú szennyeződések.  Hibásan szigetelt, korróziósan károsodott, vagy helytelenül szivárgó tároló tartályok.  Nyers kőolajat és lepárlási termékeit szállító csővezetékek meghibásodása  Kőolajipari termékek egyéb módon (vasúti, vagy közúti tartálykocsikban) szállítása során a gyakorta bekövetkező baleseteken túl, a termékek átfejtése során történhet talaj, illetve talajvíz szennyeződés.  A környezetet terhelő kőolajszármazékok egy része a helytelenül tárolt olajtartalmú hulladékokból származik (fáradt olajok, gépolajok, tartályok olajiszapjai, használt transzformátorolajok, olajtartalmú mosóvizek és iszapok stb.). Ezeknél a hulladékoknál az olajtartalom mellett számolni kell az egyéb adalék, vagy szennyező anyagok (pl. detergensek, toxikus nehézfémek) környezeti hatásával is.  Kőolajvezetékeink meghibásodásai, illetve mind gyakoribbá váló szándékos megrongálása is hatalmas területek talajának és talajvíz készletének elszennyeződéséhez vezet

11 Természetes lebomlás a talajban  Természetes folyamatok mint pl. a hígulás, kipárolgás, biológiai lebomlás, adszorpció, és kémiai reakciók következtében a szennyezés bizonyos mértékű természetes csökkenése játszódik le.  A felszín közeli és mélyebb rétegek a természetes csökkenés szempontjából eltérő tulajdonságokkal bírnak.  A mélyebb rétegekben a mobil szennyezés a talajgázba vagy folyadék fázisba diffundál ezzel jó feltételeket biztosít a szennyezők természetes csökkenéséhez. A legtöbb nagy molekulasúlyú szerves szennyező és a számos szervetlen szennyező immobilizálódik. A szerves szennyezők lebomlása gyakran nagyon nehézkes és a fémek teljesen megmaradnak. Expozíciós utak nélkül ezek a szennyezők kockázatot nem jelentenek. A megfigyelés azonban fontos, mert váratlan események, vagy folyamatok (pl. friss oldószer bejutása, kémiai átalakulás stb.) a szennyezés immobilizációjához vezethetnek.  A természetes lebomlás mint mentesítési technológia nem azonos a nem beavatkozással.

12 Természetes lebomlás- A szennyezőanyag- csóva sorsa Számottevő folyamatok:  Advektív transzport  Diszperzió  Szorpció  Biodegradáció A csóva lehatárolása szükséges mind horizontális, mind vertikális irányban

13 Advektív transzport A felszín alatti víz áramlási sebessége  v x = talajvíz szivárgási sebessége [cm/s]  K = a szivárgási tényező [cm/s]  I = horizontális hidraulikai gradiens [-]  n = a víztelített víztartó effektív porozitása [-] N é h á ny talajt í pusra vonatkoz ó adatok Busch é s Luckner szerint TalajtípusHézagtérfogatSzabad hézagtérfogatSzivárgási tényező Homokos kavics0,25-0,350,20-0,253E-03-5E-04 Kavicsos homok0,28-0,350,15-0,201E-03-2E-04 Homok0,30-0,380,10-0,154E-04-1E-04 Kőzetlisztes homok0,33-0,400,08-0,122E-04-1E-05 Homokos kőzetliszt0,35-0,450,05-0,105E-05-1E-06 Agyagos iszap0,40-0,550,03-0,085E-06-1E-08 Iszapos agyag0,45-0,650,02-0,051E-08

14 Diszperzió A diszperzió a sebesség térbeli egyenlőtlenségéből adódó szétszóródás a konvektív áramláshoz képest Mechanikai diszperzió során a vegyi anyagok szétterjednek az advektív mozgás és a közvetítő közeggel való kölcsönhatás miatt.  longitudinális diszperzió (a felszín alatti vízmozgás irányában)  transzverzális diszperzió (a felszín alatti vízmozgás irányára merőlegesen)  vertikális diszperzió (a felszín alatti vízmozgás irányára merőlegesen)

15 Diszperzió A diszperzió eredményeként tehát a szennyezőanyag csóva szétterjed és keveredik a felszín alatti vízzel. Felszín alatti vizek esetében a hígulás hatásához hozzáadódva a diszperzió elősegítheti a szerves alkotók biodegradációját is, mert a szennyezettség olyan helyekre is eljuthat, ahol több elektron- akceptor vagy -donor található. Longitudinális diszperziót okoz  a pórusméret megváltozása  a zegzugos áramlási pálya  a pórusokbeli súrlódás Transzverzális diszperziót okoz  a porózus közeg zegzugos pórustere

16 3D diszperzió számítása Hosszirányú diszperzió: Xu és Eckstein formula  x = hosszirányú diszperzió (ft) Lp = szenyezőanyag csóva hossza a terjedés irányában (ft) Keresztirányú diszperzió Függőleges diszperzió: elhanyagolva Egyéb lehetőségek a diszperziós tényezők számítására: (Pickens és Grisak,1981) (ASTM, 1995) (EPA, 1986) (ASTM, 1995) C= (0,025-0,1) (EPA, 1986)

17 Szorpciós folyamatok  A szorpció a talajvíz szivárgási sebességéhez képest látszólag lecsökkenti a vegyületek terjedési sebességét  lecsökkenti az oldott koncentrációt a talajvízben a talaj szorpciós kapacitásának kimerüléséig  de ez általában a magasabb koncentráció kialakulását okozza a talajban.  Mértéke függ a szilárd fázis (talaj, üledék) és a víz fázisai közötti megoszlástól Ezt befolyásoló tényezők.  a szerves széntartalom  szervetlen kolloidtartalom  agyagásvány tartalom  pH  nedvességtartalom  kation-cserélő képesség  hőmérséklet  víztartó szemcséinek mérete

18 A szorpciós izotermák a vegyi anyag talajhoz kötött és a talajjal kapcsolatban lévő oldatban visszamaradó koncentrációjának arányát írják le Lineáris egyensúlyi szorpció A szorpciós izoterma meredeksége:  K d = megoszlási hányados (cm 3 /g)  C s = szorbeált szennyezőanyag koncentráció (g/g talaj)  C gw = oldott szennyezőanyag koncentráció (g/cm 3 oldat) A nem ionos, apoláris hidrofób szerves vegyi anyagoknak a talaj szerves anyag tartalmához való kötődési arányát is egy egyensúlyi folyamattal lehet leírni:  f oc =a talaj szerves anyag tartalma (g/g talaj)  K oc =a szerves szén megoszlási hányados (cm 3 /g)- az adott vegyi anyag szerves-(anyag) széntartalomhoz való kötődési arányát írja le Szorpciós folyamatok

19 Szorpció egy lehetséges számítása  A felszín alatti környezetben végbemenő szorpcióból eredő retardáció (R) mértékének közelítésére a következő empirikus összefüggés alkalmazott: Ahol:   a talaj sűrűsége (kg/l), értéke kb. 1,6-1,8  n: a tényleges porozitás A szennyezőanyag áramlási sebessége így: v c =v x /R (cm/s)

20 Biodegradáció Elsőrendű kinetikával jellemzett bomlási modell:  Ahol az első rendű bomlási állandó (1/év)  T 1/2 a szennyezőanyag felezési ideje (év) BTEX-ek esetén számításba veendő értékek (ASTM, 1995):  Benzol: 0,02-2 év  Toluol: 0,02-0,17 év  Etil-benzol: 0,016-0,62 év  Xilol: 0,038-1 év

21 Mintavételezés TALAJ A talajmintavételekre az MSZ szabvány előírásai az irányadóak. A mintavétel, technikáját tekintve, történhet talajmechanikai mintavevő eszközzel (fúró, szonda) bányászati módszerrel (feltáró akna, résminta, kéregminta, technológiai vizsgálathoz térfogatos minta) földmunkával (kutatógödör, akna ásás, markolás, réselés). A kémiai vizsgálatok céljára általában elegendő az átlagos, zavart mintavétel. Amennyiben a talaj fizikai paramétereit kívánjuk meghatározni, többségében zavartalan mintavétel szükséges. A feltárás során észlelt és mért valamennyi fúrástechnikai (nehezen fúrható talaj, duzzadó anyag, stb.), földtani (réteghatár, település, kőzetállapot, stb.), hidrogeológiai (megütött és nyugalmi vízszint) és a szennyezésre vonatkozó adatot a feltárási naplóban rögzíteni kell. A talajminták alapján a helyszínen pontos rétegleírást kell adni. FELSZÍN ALATTI VÍZ  A talajvíz mintavétele fúrásból vagy nyílt feltárásból végezhető. Ha a talajvízmintát fúrásból vesszük, az MSZ szabvány szerint kell eljárni.  Feltáró fúrások esetében a talajvíz kapilláris zónájában növekvő talajnedvesség- tartalom érzékelése után a megütött vízszintet rögzíteni kell. Ezután a furat megtámasztását követően meg kell várni a folyadék nyugalmi nyomásszintjének állandósulását.  A figyelőkutakban a vízszintet általában a csőperem szintjétől mérik (a csőperem geodéziai bemérése után). A folyadékszintet mindig legalább 1 cm-es pontossággal kell mérni.  A talajvíz fizikai paraméterei közül helyszínen kell mérni a hőmérsékletét, pH-ját, oldott oxigén tartalmát és a fajlagos elektromos vezetőképességét.

22 Izovonalas felülettérképek készítése  Az izovonalas felülettérképek az ekvipotenciális vonalak kétdimenziós grafikus megjelenítési formái.  Szennyezőanyagok terjedési iránya és hidraulikai gradiens értéke számítható  Víztartók különböző mélységben-külön térkép

23 A szennyez ő anyagok és bomlástermékeik izokoncentrációs térképei  A furatokból vett minták laborvizsgálata alapján meghatározott koncentrációk figyelembe vételével készíthető.  Mivel általában kevés adat áll rendelkezésre a szennyezés transzport folyamatait meghatározó permefeltételek mellett készítendő  Helyspecifikus hidrogeológiai folyamatok  Szennyezőanyag specifikus paraméterek

24 Köszönöm a figyelmet! Felhasznált források   utmutato6/index.htm utmutato6/index.htm  utmutato7/index.htm utmutato7/index.htm Hasznos oldalak    tm tm  

25 Képletek összesen v c =v x /R (cm/s)


Letölteni ppt "Olajszennyezések terjedése Olaj a talajban és a felszín alatti vízben Fetter Éva Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék"

Hasonló előadás


Google Hirdetések