Talajszennyezések kárelhárítási módszerei Dr. Fleit Ernő Egyetemi adjunktus BME Vízi közmű és Környezetmérnöki Tanszék Tel: 463 4260 e-mail: fleit@vcst.bme.hu

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!!

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

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.

Hazai talajtípusok

A talaj tulajdonságai Szemcsézettség Permeabilitás Pórustérfogat A talaj vízkapacitása Kapillaritás Talajhőmérséklet

Hazai talajok

A szennyező anyagok (I.) A szennyezett közeg szerinti felosztás: Talaj, üledék, iszapok Felszínalatti vizek, felszíni vizek és csurgalékvizek (+ talaj atmoszféra a halogénezett és nem-halogénezett VOC vegyületek esetén)

A szennyező anyagok (II.) Nem halogénezett illékony szerves vegyületek

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), és gépjárműjavító üzemek területei.

Halogénezett illékony szerves vegyületek

Nem-halogénezett „fél-illékony” szerves vegyületek (SVOC csoport)

Halogénezett SVOC csoport (itt csak a peszticideket mutatjuk be!)

Tüzelőanyagok és szennyezőik

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. javító egységek

Szervetlen szennyezőanyagok

Radioaktív izotópok

A kárelhárítási technológia kiválasztása A kárelhárítási technológia elérendő céljai: A szennyezés továbbterjedésének megakadályozása (lokalizáció) Részleges mentesítés (pl. olajfázis kitermelése) Teljes ártalmatlanítás

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?

Technológiai változatok Lokalizációs eljárások Horizontális lehatárolás Vertikális lehatárolás (árnyékolás) Alaszkai olajszennyezés átmeneti tárolása télen

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.

A lehetőségek összesítve: Talajok, üledékek és iszapok: - 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 Felszínalatti és felszíni vizek csurgalékok: - Ex situ biológiai kezelés (kiszivattyúzással) - Ex situ fizikai-kémiai kezelés (kiszivattyúzással). Légkibocsátások/off-gáz kezelés

Olaj szennyezések kezelése Részleges mentesítési eljárások Az olajfázis kitermelése A vízfázis tisztítása A gázfázis kezelése Teljes ártalmatlanítás

Teljes ártalmatlanítás Veszélyes hulladéklerakóba szállítás Talajlevegőztetés Talajmosás Biológiai ártalmatlanítás Égető berendezés alkalmazása Termikus kezelés Plazmatechnológia

Technológiai rendszerek (olajszennyezések kezelésére) Ex-situ biológiai kezelés In-situ kármentesítés

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.

Tipikus bioventillációs berendezés

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.

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.

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.

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

Bioremediációs rendszer szennyezett talajok és felszínalatti vizek kezelésére Kezelt szennyezőanyagok: PAH-ok, nem-halogénezett SVOC-k és a BTEX csoport

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

További tájékozódásra ajánlott böngészőcímek Biodegradáció http://www.betterworld.com/BWZ/9608/cover.htm http://www.beak.com/Services/BioRemediation/BioContribut.htm http://www.cpeo.org/techtree/ttdescript/ensolmx.htm http://www.cpeo.org/techtree/ttdescript/compost.htm http://www.cpeo.org/techtree/ttdescript/biorec.htm