Környezeti kárelhárítás Ács Tamás acs.tamas@vkkt.bme.hu Környezeti kárelhárítás IV. Talaj és talajvíz kármentesítése Technológiák

Környezeti kárt okozó tevékenység Kárelhárítás vagy kármentesítés Környezeti kárt okozó tevékenység Rendkívüli szennyezés Nem rendkívüli szennyezés kárelhárítás kármentesítés Balesetjellegű szennyezés Pl. Vörösiszap, cianid Lassú hosszan tartó szennyezés Pl. szivárgó olajtartály, hulladéklerakók Azonnali beavatkozást igényel Pl. gipsz adagolásával semlegesítés, merülőfalak, kicsapatószerek Megfontolt körültekintő költséghatékony megoldást igényel

Kármentesítés kivizsgálás szennyezés (felügyelőség) nincs tényfeltárás MONITORING nincs szennyezés tényfeltárás beavatkozás nincs beavatkozás

Kármentesítés – remediációs szempontok Mióta szennyezett a terület? Mekkora a szennyezettség kiterjedése? Milyen környezeti elemeket érint? Mely környezeti elemek szennyeződtek? A szennyezőanyagok fizikai, kémiai és biológiai jellemzői A terület hidrogeológiai jellemzői A terület érzékenysége A terület ökoszisztémájának állapota A terület talajának mikrobilógiai állapota A terület jelenlegi és jövőbeli használata A terület jelenlegi kockázata A beavatkozás sürgőssége A jövőbeni használathoz tartozó célérték

Mióta szennyezett a terület és mekkora a szennyezettség kiterjedése? Kármentesítés – remediációs szempontok Mióta szennyezett a terület? Mekkora a szennyezettség kiterjedése? Milyen környezeti elemeket érint? Mely környezeti elemek szennyeződtek? A szennyezőanyagok fizikai, kémiai és biológiai jellemzői A terület hidrogeológiai jellemzői A terület érzékenysége A terület ökoszisztémájának állapota A terület talajának mikrobilógiai állapota A terület jelenlegi és jövőbeli használata A terület jelenlegi kockázata A beavatkozás sürgőssége A jövőbeni használathoz tartozó célérték Mióta szennyezett a terület és mekkora a szennyezettség kiterjedése? a kettő nyilván összefügg (szennyezésterjedés) milyen hatásviselőkig juthatott el? ha eddig nem okozott kockázatot, akkor van-e még időnk? mekkora az eltávolítandó szennyezőanyag tömege? mekkora a szennyezett talaj/talajvíz/talajlevegő térfogata? Időelőny, költség!

Milyen környezeti elemeket érint és melyek szennyeződtek el? Kármentesítés – remediációs szempontok Mióta szennyezett a terület? Mekkora a szennyezettség kiterjedése? Milyen környezeti elemeket érint? Mely környezeti elemek szennyeződtek? A szennyezőanyagok fizikai, kémiai és biológiai jellemzői A terület hidrogeológiai jellemzői A terület érzékenysége A terület ökoszisztémájának állapota A terület talajának mikrobilógiai állapota A terület jelenlegi és jövőbeli használata A terület jelenlegi kockázata A beavatkozás sürgőssége A jövőbeni használathoz tartozó célérték Milyen környezeti elemeket érint és melyek szennyeződtek el? talaj, talajvíz, talajlevegő vagy ezek kombinációja akkor szennyezett, ha a szennyező koncentrációja > (B) Lehet akármilyen veszélyes a szennyező, nem biztos, hogy szennyezettséget okoz!

A szennyezőanyag fizikai, kémiai és biológiai jellemzői Kármentesítés – remediációs szempontok Mióta szennyezett a terület? Mekkora a szennyezettség kiterjedése? Milyen környezeti elemeket érint? Mely környezeti elemek szennyeződtek? A szennyezőanyagok fizikai, kémiai és biológiai jellemzői A terület hidrogeológiai jellemzői A terület érzékenysége A terület ökoszisztémájának állapota A terület talajának mikrobilógiai állapota A terület jelenlegi és jövőbeli használata A terület jelenlegi kockázata A beavatkozás sürgőssége A jövőbeni használathoz tartozó célérték A szennyezőanyag fizikai, kémiai és biológiai jellemzői milyen fázisban van jelen? biológiailag bontható? oldott hatásai szilárd légnemű emberre emulzió akut molekulaszerkezet krónikus karcinogén poláros mutagén apoláros teratogén ionos töltés ökoszisztémára környezetre Lehet akármilyen veszélyes a szennyező, nem biztos, hogy szennyezettséget okoz!

A terület hidrogeológiai jellemzői Kármentesítés – remediációs szempontok A terület hidrogeológiai jellemzői és érzékenysége feláramlási/leáramlási/átmeneti terület természetes védettség (vízrekesztő a felszín közelében) mélyebb rétegek (rétegvíz) védettsége ivóvíz célra kitermelt víz víztartójának mélysége felszíni hidrometeorológiai viszonyok talajtípus (szivárgáshidraulikai paraméterek) szerves anyag tartalom Mióta szennyezett a terület? Mekkora a szennyezettség kiterjedése? Milyen környezeti elemeket érint? Mely környezeti elemek szennyeződtek? A szennyezőanyagok fizikai, kémiai és biológiai jellemzői A terület hidrogeológiai jellemzői A terület érzékenysége A terület ökoszisztémájának állapota A terület talajának mikrobilógiai állapota A terület jelenlegi és jövőbeli használata A terület jelenlegi kockázata A beavatkozás sürgőssége A jövőbeni használathoz tartozó célérték Lehet akármilyen veszélyes a szennyező, nem biztos, hogy szennyezettséget okoz!

A terület ökoszisztémájának és a talaj mikrobiológiájának állapota Kármentesítés – remediációs szempontok A terület ökoszisztémájának és a talaj mikrobiológiájának állapota degradálódott/elpusztult az öko- szisztéma vagy valamelyik eleme? élőlények rezisztenciája természetes mikrobiológia Mióta szennyezett a terület? Mekkora a szennyezettség kiterjedése? Milyen környezeti elemeket érint? Mely környezeti elemek szennyeződtek? A szennyezőanyagok fizikai, kémiai és biológiai jellemzői A terület hidrogeológiai jellemzői A terület érzékenysége A terület ökoszisztémájának állapota A terület talajának mikrobilógiai állapota A terület jelenlegi és jövőbeli használata A terület jelenlegi kockázata A beavatkozás sürgőssége A jövőbeni használathoz tartozó célérték időelőny beoltás és/vagy szaporodás/lebontás elősegítése Lehet akármilyen veszélyes a szennyező, nem biztos, hogy szennyezettséget okoz!

Területhasználat (jelen és jövő), Kármentesítés – remediációs szempontok Területhasználat (jelen és jövő), célérték, sürgősség területhasználat Mióta szennyezett a terület? Mekkora a szennyezettség kiterjedése? Milyen környezeti elemeket érint? Mely környezeti elemek szennyeződtek? A szennyezőanyagok fizikai, kémiai és biológiai jellemzői A terület hidrogeológiai jellemzői A terület érzékenysége A terület ökoszisztémájának állapota A terület talajának mikrobilógiai állapota A terület jelenlegi és jövőbeli használata A terület jelenlegi kockázata A beavatkozás sürgőssége A jövőbeni használathoz tartozó célérték transzmisszió hatásviselő (ember, ökoszisztéma) kockázat célérték sürgősség Lehet akármilyen veszélyes a szennyező, nem biztos, hogy szennyezettséget okoz!

Kármentesítés – remediációs szempontok Mióta szennyezett a terület? Mekkora a szennyezettség kiterjedése? Milyen környezeti elemeket érint? Mely környezeti elemek szennyeződtek? A szennyezőanyagok fizikai, kémiai és biológiai jellemzői A terület hidrogeológiai jellemzői A terület érzékenysége A terület ökoszisztémájának állapota A terület talajának mikrobilógiai állapota A terület jelenlegi és jövőbeli használata A terület jelenlegi kockázata A beavatkozás sürgőssége A jövőbeni használathoz tartozó célérték Lehet akármilyen veszélyes a szennyező, nem biztos, hogy szennyezettséget okoz!

Remediáció – remediációs szempontok Mely technológiák alkalmasak? Az alkalmas technológiák összehasonlító vizsgálata: elérhetőség, költség-haszon elemzés A reális alternatívák értékelése, kipróbálása A választott technológia alkalmazása Technológia monitoring Utómonitoring

Szennyezők – szerves anyagok a közegben Szennyezőanyag halmaz- állapota kapcsolata a közeggel helye (közeg) talajlevegő talajvíz talajszemcse elkeveredve gáz oldva megkötődve oldva, úszva talajvíz talajnedvesség talaj folyékony folyadékfilm mátrixba (pl. humusz) talajszemcse kötve (kül. erőkkel) szilárd keveredve, megkötődve

Szennyezők – szerves anyagok biodegradációja szerves anyag biológiai bontása mikroorganizmusok végzik metabolizmus – a szerves anyagból energiát nyernek kometabolizmus – szerves anyagból nem nyernek energiát a folyamat végén a szerves anyagból CO2 és víz lesz hatékonysága függ: vegyi anyag szerkezetétől, összetételétől, hozzáférhetőségétől mikrobaközösség kvantitatív és kvalitatív jellemzőitől környezeti tényezőktől (hőm., tápanyag, pH, oxigén, stb.)

Kármentesítés – módszerek csoportosítása Módszer jellege: izoláció immobilizáció mobilizáció Technológia: monitoring igénye megengedhető terület használat környezeti kockázat Környezeti elem: talaj talajvíz talajlevegő Alapfolyamat: fizikai-kémiai biológiai termikus Remediáció helye: in-situ ex-situ

Kármentesítés – helye szerint ex-situ talaj/talajvíz kitermelése, majd tisztítása on-site: a kitermelt talaj/talajvíz a helyszínen, elszállítás nélkül kerül tisztításra, majd visszahelyezésre off-site: a szennyezett talaj/(talajvíz) elszállítás után kerül tisztításra, utána visszaszállítják és visszahelyezik kis kiterjedésű szennyezettség esetén (különben aránytalanul drága lehet) ha vízbázist veszélyeztet a szennyezés a kitermelt talaj veszélyes hulladéknak minősül

Kármentesítés – helye szerint in-situ helyszíni tisztítás: talaj/talajvíz természetes helyén történő tisztítása ; nagy kiterjedésű szennyezettség esetén ; bizonyos esetben (mélyebb rétegek remediációja) a felszín használható (nincs munkagödör); fajlagosan olcsóbb , mint az ex-situ eljárások; általában hosszabb időt igényelnek, mint az ex-situ eljárások; visszamaradó szennyezők mennyisége általában nagyobb, mint az ex-situ eljárásoknál

Kármentesítés – módszer jellege szerint szennyezőanyag izolálása, immobilizálása célja a szennyezőanyag terjedésének megakadályozása vagy a terjedési útvonal módosítása ne érjen el vízbázist, élővizet, ökoszisztémát ne okozzon kockázatot a hatásviselőknél szennyezőanyag mobilizálása gáz/gőz/folyadék kitermelése és kezelése szennyező más fázisba vitele gáz/gőz kihajtása talajból/talajvízből szorbeált fázisból folyadék/gáz/gőz/biológia ált.: biodegradáció fizikai- fizikai-kémiai- biológiai módszer

Izoláció / Immobilizáció Szennyező kémiai tulajdonsága Kármentesítés – módszer szennyező és közeg típusa szerint Izoláció / Immobilizáció Szennyező kémiai tulajdonsága Talaj szilárd fázis szennyezett Talajvíz Talaj levegő Illékony Gázadszorpció szilárd fázison Kémiai immobilizáció Biológiai immobilizáció Izoláció Vízoldható Fitostabilizáció Szorpció növelése Kémiai oxidáció/redukció Fizikai-kémiai stabilizáció Rizofiltráció Kicsapás, oldhatóság csökkentése Kémiai ox./redukció Fizikai-kémiai immobilizáció (kicsapás, szorpció növelése) Szorbeálódó Kémiai oxidáció/redukción Vitrifikáció, kerámiába ágyazás csökkentés

Kármentesítés – izoláció Résfal: link1, link2 célja: vízzáró (áthatolhatatlan) fal a szennyező útjában mély (max. 30 m), keskeny (max. 2 m) fal ha víznél nehezebb a szennyező min. 1 m mélyen beköt a vízzáró rétegbe alul sem tud átjutni a szennyező vízen úszó szennyező függő résfal anyaga: általában bentonit (agyagásvány) + talaj + víz + cement, vagyis nem beton v. vasbeton (mert nem teherviselő) nagy hatékonyságú lehet, de drága és nagy volumenű építés egyes szennyezők roncsolhatják az anyagát (savak, lúgok)

Kármentesítés – immobilizáció Hidraulikus gát: link célja: szennyezőanyag kitermelése vagy helyben tartása ált. talajvíz kitermelés kúttal vagy drénnel kitermelés után tisztítás és befogadóba vezetés lehet pozitív kút is szennyező helyben tartása közeg nem tisztul (kivéve, ha a szennyező bontható vagy átalakul) folyamatos vízforrásra van szükség alkalmazásához az áramlási rendszer ismerete szükséges szennyező oldhatóságának növelésével hatékonyabb hátrányai: költséges (pénz, idő) kis K-jú (< 10-7 m/s), jól adszorbeálódó anyagoknál nem alkalmazható

Kármentesítés – immobilizáció Fitostabilizáció: link célja: szennyezőanyag helyben való megkötése, növények segítségével (védelem a kimosódás ellen) szennyezőanyagok: nehézfémek: felveszi, de nem hasznosítja szerves szennyezők: felveszi és v. hasznosítja v. nem növények: intenzíven párologtató növényfajok mély gyökérzetű fák erős gyökérzetű fűfélék sűrű gyökérzetű fajok tartós védelem vagy ezek kombinációja

Kármentesítés – immobilizáció Talajszilárdítás: link1, link2 célja: szennyezőanyag helyben való megkötése módszerei: fizikai (megkötés) és/vagy kémiai (stabilizálás) lehet átmeneti technológia (további beavatkozás követi) vagy végleges a szilárdított talajon a jövőbeni területhasználat korlátozott Pl: MIP (mixed-in-place) fizikai-kémiai kötőanyag fúrón keresztül a talaj hézagaiba (Vka=Vp) eredménye: fúró mögött: szilárd talaj (cölöp) kötőanyag lehet: mész, cement, granulált kohósalak

Kármentesítés – immobilizáció Talajszilárdítás: link1, link2 célja: szennyezőanyag helyben való megkötése szennyezők: nehézfémek, peszticidek, radioaktív anyagok vitrifikáció: elektromos áram hatására a talaj megolvad (1200 C) szervetlen szennyezők immobilizálódnak szerves szennyezők átalakulnak, lebomlanak(pirolízis) eredmény: kémiailag stabil, üvegszerű képződmény gázok/gőzök/egyéb égéstermékek felfogása és kezelése

Szennyező kémiai tulajdonsága Kármentesítés – módszer szennyező és közeg típusa szerint Mobilizáció Szennyező kémiai tulajdonsága Talaj szilárd fázis szennyezett Talajvíz Talaj levegő Illékony Biodegradáció Talajgőz kiszívása és felszíni kezelése Termikus deszorpció Sztrippelés Talajgáz kiszívása és felszíni kezelése Vízoldható Fitoremediáció Talajmosás Talajvíz kiszívása és Aktív résfalak Talajgőz kiszívása és Szorbeálódó Biológiai kioldás Extrakció Szemcseméret szerinti frakcionálás Talajégetés/pirolízis Vitrifikáció Elektrokinetikai eljárás Talajvízbe oldódás intenzifikálása

Kármentesítés – mobilizáció Talajmosatás: link1 célja: szennyezőanyag mobilizálása, kinyerése, kezelése leginkább szorbeálódott szennyezők esetén módszer: víz (és adalékok – sav, lúg, detergens) bejuttatása a talajba szennyezés kioldása szennyezett víz kitermelése szennyezett víz kezelése reaktorban (szilárdból folyadék) recirkuláció: kezelt víz visszajuttatása cél lehet a talajvízszint megemelése is, ezzel elősegítve a szennyező talajból történő kimosódását alkalmazható, ha a talajvíz amúgy is szennyezett, különben gondoskodni kell a továbbterjedés megakadályozásáról (hidraulikus gátak, résfalak)

Kármentesítés – mobilizáció Bioventilláció: link1 célja: szennyezőanyag biodegradációjának elősegítése a biodegradáció limitáló tényezője gyakran az oxigén oxigén bejuttatása (csak amennyi a biológiának kell) aerob úton bontható szennyezők bontása szerves szennyezőknél használják (üzemanyagok) az illékony komponensek is eltávolításra kerülnek

Kármentesítés – mobilizáció Sztrippelés: link1 célja: szennyezőanyag kigőzölése, kihajtása a közegből szerves szennyezőknél alkalmazzák ex-situ: kiszivattyúzott víz sztrippelő toronyba vagy tartályba levegőztetés (diffúz, tálcás v. esőztető) – meleg levegő v. gőz is tartózkodási idő növelése terelőlemezekkel, töltetekkel toronynál a szennyezett víz felül fúvókákon keresztül az alulról áramoltatott levegővel szemben in-situ: két szűrőjű vákuumkút, aminek vizébe levegőt injektálnak talajvíz a két szűrő között tisztított víz a felső szűrőn vissza a talajba kihajtott illékony szennyezők kiszívása és kezelése

Kármentesítés – mobilizáció Bioremediáció: célja: biodegradáció szerves szennyezőknél alkalmazzák in-situ: vizes oldatot injektálnak a talajba/talajvízbe biológiai aktivitás fokozása meglevő mikrobák / beoltás aerob körülmények: szennyezőből CO2 és víz anaerob körülmények között szennyezőből: CH4, CO2 probléma: mélyebb rétegekbe kerülhet a szennyező talaj szerkezete fontos kérdés hőmérséklet

Kármentesítés – mobilizáció Bioreaktor: célja: biodegradáció szerves szennyezőknél alkalmazzák ex-situ: bioreaktorban történik a tisztítás két típusa van: szuszpendált rendszer: Pl.: eleveniszapos, sorba kapcsolt reaktorok szennyezett víz levegőztetett medencébe kerül és elkeveredik a mikrobákkal eredmény: CO2, víz, baktériumtömeg közvetítő rendszer: baktériumtömeg hordozóanyagon