NÁPRAVA EKOLOGICKÝCH ŠKOD 4. ČÁST PŘIROZENÁ ATENUACE, PRAKTICKÉ VYUŽITÍ SANAČNÍCH TECHNOLOGIÍ BIOFILTRACE VZDUŠNIN VÍT MATĚJŮ ENVISAN-GEM, a.s. Biotechnologická divize, Radiová 7, 102 31 PRAHA 10 envisan@grbox.cz O ČEM TO BUDE ? 1. Přirozená a podporovaná atenuace, možnosti jejího využití při sanačních projektech 2. Aplikace sanačních technologií, výběr nejvhodnější technologie nebo jejich kombinace, kontrola a řízení procesu, hodnocení účinnosti sanační technologie, hodnocení kvality vyčištěných materiálů 3. Biofiltrace vzduchu DOSAŽENÍ SANAČNÍCH LIMITŮ • Nezbytná kombinace více sanačních technologií • Jedinou sanační technologií lze dosáhnout sanačních limitů jen výjimečně PŘIROZENÁ ATENUACE Protokol U.S. EPA, 1998 pro hodnocení přirozené atenuace chlorovaných rozpouštědel HISTORIE PŘIROZENÁ ATENUACE – CO JI TVOŘÍ • Biodegradace - 95 % a více % eliminace polutantu • Disperze • Ředění • Sorpce • Těkání • Abiotická transformace • Imobilizace • Chemická přeměna PROCESY PROCESY PŘIROZENÁ ATENUACE - POLUTANTY • Ropné uhlovodíky, především Monoaromatické uhlovodíky (BTEX) • Chlorované sloučeniny, především chlorované ethyleny • Organické sloučeniny (karboxylové sloučeniny, karbonylové sloučeniny, alkoholy, deriváty amino, nitro, halogen, thio …) • Polycyklické aromatické uhlovodíky • Anorganické sloučeniny (sirovodík, sulfáty, kovy, radionuklidy, ….) • Methylterciárníbutylether PŘIROZENÁ ATENUACE • Intrinsic bioremediation • Natural attenuation • Monitored natural attenuation • Enhanced attenuation • „Do nothing“ to není!!!! PŘIROZENÁ ATENUACE - VARIACE • Monitorovaná přirozená atenuace – Monitored Natural Attenuation • Podporovaná atenuace – Enhanced Attenuation • Podporovaná pasivní atenuace – Enhanced Passive Attenuation PŘIROZENÁ vs. PODPOROVANÁ ATENUACE PODPOROVANÁ ATENUACE PŘIROZENÁ ATENUACE PŘIROZENÁ ATENUACE Monitorovaná přirozená atenuace jsou přirozené dekontaminační a atenuační mechanismy probíhající samovolně v horninovém prostředí, jejichž výsledkem je snižování koncentrace polutantu nebo jeho transformace. Z ní vyplývá atenuační kapacita v lokalitě. MPA je použitelnou technologií pokud atenuační kapacita je rovná nebo větší než dotace kontaminačního mraku z ohniska znečištění anebo když kontaminační mrak je stálý nebo se zmenšuje a neohrožuje receptory v okolí. Ve shodě s definicí podle U.S. EPA neexistuje žádný lidský zásah do atenuačního či remediačního procesu (McGuire a kol., 2004). DOTACE KONTAMINAČNÍHO MRAKU KONTAMINAČNÍ MRAK - ZMĚNY BEZ ATENUACE PŘIROZENÁ ATENUACE DÉLKA KONTAMINAČNÍHO MRAKU Uhlovodíky - alkany PAU BTEX Chlorované uhlovodíky PŘIROZENÁ ATENUACE Vyčistíme jen malý kousek a zbytek vyčistí přirozená atenuace PŘIROZENÁ ATENUACE PROKAZOVÁNÍ PŘIROZENÉ ATENUACE • Protokoly pro posuzování procesů přirozené atenuace – od roku 1994 • AFCEE, U.S. EPA, DoE, GWRTAC, státní ministerstva a mnoho dalších • Protokolů je k dispozici několik desítek • Kritéria nejsou srovnatelná TZV. THREE LINES OF EVIDENCE 1.Klesá koncentrace polutantu ve směru proudění podzemní vody 2.Snižování koncentrace potenciálních akceptorů elektronů (NO3 -, SO4 2-, O2) ve srovnání s neznečištěnou oblastí 3.Biologická aktivita v podzemní vodě 4.Přítomnost metabolitů odbourávání polutantu (železnaté ionty, methan,……) FINÁLNÍ AKCEPTORY ELEKTRONŮ ATENUAČNÍ KAPACITA Souhrn všech chemických, fyzikálních a biologických procesů, které přispívají k disperzi, transformaci, imobilizaci, biodegradaci, chemické změně a sorpci (sekvestraci) polutantů v saturované zóně. Procesy, které podstatně přispívají k tvorbě atenuační kapacity jsou advekce, hydrodynamická disperze, biodegradace, sorpce, těkání, abiotické transformace a spotřeba rostlinami. Atenuační kapacita se vyjadřuje v jednotkách hmotnosti za jednotku času, např. v kg.rok-1 (McGuire a kol., 2004) ZÁSADA D > AK D = AK D < AK ZÁKLADNÍ PODMÍNKA Atenuační kapacita (AK) na lokalitě musí být větší než dotace polutantu do horninového prostředí D > AK D = AK D < AK Dotace – D: Rozpouštění, Desorpce, Vyplavování Atenuační kapacita - AK : Disperze, Advekce, Biodegradace, Sorpce, Ostatní CO JE TŘEBA ZNÁT PŘED APLIKACÍ PŘIROZENÉ ATENUACE 1. Geochemické poměry v horninovém prostřed 2. Druh polutantu, jeho koncentrace a celkové množství 3. Oxidačně redukční podmínky ve zvodni a jejich horizontální a vertikální změny 4. Druh a množství konečných akceptorů elektronů pro biologické odbourávání 5. Rychlost difuse, těkání, ředění a dalších fyzikálních parametrů majících přímý vliv na rychlost a účinnost přirozené atenuace 6. Odbouratelnost polutantu za podmínek ve zvodni 7. Rychlost proudění podzemní vody a rychlost šíření kontaminačního mraku 8. Mikrobiologická aktivita ROZHODOVACÍ PODPŮRNÝ SYSTÉM AKTIVITY, KTERÉ JE TŘEBA PROVÉST V RŮZNÝCH POUŽITÍ PŘIROZENÉ STUPNÍCH HODNOCENÍ ATENUACE JAKO SANAČNÍ TECHNOLOGIE č. 1 Analysa dat (rychlý přehled) Existuje možnost pro použití - dostupná historická data přirozené atenuace jako - zajištění dalších dat (na lokalitě či sanační metody? Ano – pokračujte do druhého stupně č. 2 Transportní model a osud polutantu Bude přirozená atenuace dostatečně - za předpokladu, že se přirozená atenuace účinná a v rozumném čase? objevuje (snižování množství polutantu s časem) Ano – pokračujte do třetího stupně - předpověď chování kontaminačního mraku č.3 Diskuse se správními orgány Je možné přirozenou atenuaci - zvážení politických a praktických aspektů akceptovat na dané lokalitě? Ano – pokračujte do čtvrtého stupně č.4 Implementace přirozené atenuace Nakonec může být monitoring - sestavení vhodné monitorovací strategie se zastaven zaměřením na verifikaci předpověděného chování kontaminačního mraku a ochranu potenciálních receptorů VÝHODY PŘIROZENÉ ATENUACE 1. Může nastat úplný rozklad polutantů 2. Neinvazivní metoda 3. Nevznikají odpady 4. Bez technických limitací 5. Dobře použitelná při nízkých koncentracích polutantů – dočištění 6. Podpora přirozených procesů je často velmi jednoduchá a technicky nenáročná NEVÝHODY PŘIROZENÉ ATENUACE 1. Vysoké náklady na úvodní i provozní monitoring 2. Toxicita vznikajících produktů biotransformace 3. Vysoká citlivost na změny hydrogeologických poměrů 4. Doba pro dosažení požadovaných limitů může být velmi dlouhá VYUŽITÍ PŘIROZENÉ ATENUACE V PRAXI VYUŽITÍ V USA VYUŽITÍ PŘIROZENÉ ATENUACE V PRAXI • V ČR se využívá pouze v kombinaci s jinými sanačními metodami • Po snížení vysokých koncentrací polutantů • Především v závěrečné části sanace při dočištění KDE JE POTENCIÁL? • Podporovaná atenuace – především biologické procesy • Procesy podporované atenuace jsou však pomalé – proto využití až po snížení koncentrace polutantů KDE JE POTENCIÁL? • Eliminace BTEX s využitím denitrifikačních pochodů – po ukončení sanačního čerpání KDE JE POTENCIÁL? • Bioimobilizace kovů, radionuklidů a TNT KDE JE POTENCIÁL? • Úprava důlních vod – odstraňování síranů a některých kovů • Odstranění amoniaku z průsakových vod skládek • Methylterciárníbutylether • Eliminace chlorovaných ethylenů • Po chemické oxidaci in-situ VÝBĚR SANAČNÍCH TECHNOLOGIÍ KRITÉRIA PRO VÝBĚR: 1. Druh polutantu a koncentrace při zahájení sanace 2. Sanační limity 3. Forma výskytu polutantu (jen rozpuštěný, rozpuštěný a volná fáze, zvětralý) 4. Geologické a hydrogeologické podmínky v zájmové lokalitě (propustnost hornin, vydatnost vrtů, ….) VÝBĚR SANAČNÍCH TECHNOLOGIÍ 5. Technické možnosti sanační technologie 6. Ekonomické náklady VÝBĚR SANAČNÍCH TECHNOLOGIÍ • Vysoké koncentrace polutantů na počátku sanace: - odstranění volné fáze zčerpáváním z hladiny podzemní vody - sanační čerpání - odsávání půdního vzduchu a jeho spalování - vitrifikace VÝBĚR SANAČNÍCH TECHNOLOGIÍ • Nižší koncentrace polutantů: - biosparging - bioventing - chemická oxidace - vymytí povrchově aktivní látkou - biologické metody VÝBĚR SANAČNÍCH TECHNOLOGIÍ • Dočištění – před dosažením sanačních limitů - biologické metody - podporovaná atenuace - v přetrvávajících ohniscích znečištění chemická oxidace - kombinace biologických metod a podpory například záhřevem, povrchově aktivní látkou, ……….. KONTROLA A ŘÍZENÍ SANACE • Stanovení optimálních technologických parametrů • Jejich kontrola technologickým monitoringem • V průběhu sanace úprava technologických parametrů tak, aby byly v technologicky příznivém, rozmezí • Technologické parametry: pH, koncentrace makrobiotických prvků, koncentrace finálních akceptorů elektronů, KONTROLA A ŘÍZENÍ SANACE • Technologické parametry: pH, koncentrace makrobiotických prvků, koncentrace finálních akceptorů elektronů, koncentrace povrchově aktivní látky, počty a aktivita mikroorganismů SANAČNÍ MONITORING • Koncentrace polutantů • Vyčerpané množství vody • Kvalita vypouštěné podzemní vody nebo vzduchu ÚČINNOST SANACE • Účinnost sanace se hodnotí především na základě rychlosti úbytku polutantů a jeho celkového odstraněného množství • Bilance odstraněného polutantu HODNOCENÍ KVALITY VYČIŠTĚNÝCH MATERIÁLŮ • Dle platné legislativy je hodnocení kvality založeno jen na dosažených koncentracích polutantů uvedených v rozhodnutí ČIŽP • Hodnocení je nedokonalé, protože například nepostihuje přítomnost toxických metabolitů BIOFILTRACE VZDUCHU • Využívá se k ošetření odpadních vzdušnin obsahujících - těkavé organické látky (styren, BTEX, rozpouštědla, ….) - zapáchající látky (sirovodík, organické sloučeniny síry a dusíku, ….) BIOFILTRACE - HISTORIE • První využití již v roce 1923 v Německu pro potlačení zápachu z čištění odpadních vod • Po druhé světové válce – Německo, Nizozemí • V USA první provozní využití v roce 1953 pro potlačení zápachu - Kalifornie BIOFILTRACE - HISTORIE • Patrně první masivnější použití biofiltrace vzdušnin v Československu v 80. letech minulého století • Instalace extenzivních biofiltrů pro eliminaci zápachu u kafilérií BIOFILTRACE - HISTORIE V současné době se biofiltrace používá k eliminace velkého množství těkavých organických látek jako: styren, ethanol a další alkoholy, aceton a další ketony, aldehydy, organické kyseliny, monoaromatické uhlovodíky (zejména benzen, toluen, ethylbenzen a xyleny), butadien a další i anorganických sloučenin jako sirovodík a organických sloučenin síry a dusíku (zapáchající látky) PRINCIP BIOFILTRACE PRINCIP BIOFILTRACE TVORBA BIOFILMU BIOFILTR S PEVNÝM LOŽEM ZKRÁPĚNÝ BIOFILTR POUŽITELNOST Gas treatment technology comparison 10 100 1,000 10,000 100,000 1,000,000 0.1 1 10 100 1000 Concentration (g/m3 ) GasFlowRate(m3 /hr) Non-regenerative adsorption Biofiltration Trickling Filters Bioscrubbing Incineration/catalytic oxid. Scrubbing Regenerative adsorption Condensation POUŽITELNOST PRAKTICKÉ POUŽITÍ Biofiltrace se využívá ve velkém množství průmyslových odvětví a služeb: • Zpracovatelský průmysl • Lakovny, tiskárny • Sanace kontaminovaných lokalit • Čistírny odpadních vod • Mechanicko-biologická předúprava komunálního odpadu • Laminovny BIOFILTR BIOFILTR BIOFILTR BIOFILTR BIOFILTR NÁPLNĚ BIOFILTRU VÝHODY BIOFILTRACE • V porovnání s konkurenčními metodami pro eliminaci těkavých organických látek: • Nižší investiční a zejména provozní náklady • Nižší spotřeba energií a chemikálií • Neemitují spaliny • Účinnost až 99,9 % podle druhu polutantu a úrovně biofiltru VÝHODY BIOFILTRACE • Spotřeba energie se pohybuje jen na 10 % až 25 % spotřeby termických oxidačních technologií • Biofiltr lze navrhovat velice flexibilně, aby naplnil veškeré požadavky na provoz NEVÝHODY BIOFILTRACE • Biofiltrace není vhodné pro všechny organické látky – především pomalu rozložitelné • Vysoké koncentrace látek mohou být toxické pro mikroorganismy • Vysoké koncentrace potřebují velká zařízení, což vede k neúměrnému vzrůstu investičních nákladů NEVÝHODY BIOFILTRACE • V některých případech delší doba potřebná pro zapracování biofiltru • Kolísání koncentrací může působit problémy • Směsné substráty – zařízení podle musí být navrženo podle nejpomaleji odbourávané látky – zvýšení investičních nákladů OTÁZKY ? DĚKUJI VÁM ZA POZORNOST