Sanace znečištěných podzemních vod a zemin představuje komplexní výzvu, zejména s ohledem na dlouhodobé průmyslové znečištění. Cílem sanačních technologií je odstranit kontaminanty nebo je převést do méně škodlivé formy. V posledních dekádách dochází k výraznému posunu od méně efektivních a invazivních metod k šetrnějším a inovativním řešením.
Typy znečištění a obecné principy sanace
Nejčastější znečištění podzemní vody u nás bývá ropnými látkami - NEL (oleje, maziva, pohonné hmoty…) nebo chlorovanými uhlovodíky - ClU (rozpouštědla, odmašťovadla…). Ostatní znečištění, jako např. těžké kovy, pesticidy atd., u nás není v masivní míře zastoupeno. Na takováto znečištění se navrhují specifické sanační postupy dle jednotlivých lokalit znečištění.
Sanační technologie lze rozdělit na metody termické, biologické a chemické, popřípadě na kombinace těchto postupů. V případě, že se znečišťující látky nacházejí ve volné fázi, je nutné je odstraňovat mechanicky. Pokud to nelze, přistupuje se k úpravě podzemní vody či odsávání půdního vzduchu. Odstranění zdroje znečištění je základem úspěšného postupu sanačních prací.
Metody sanace organického znečištění
Tato kapitola se detailněji zabývá metodami sanací organického znečištění, které náležejí interakce mezi kontaminantem a prostředím. Sanační metody zahrnují buď sanace in situ (v místě znečištění) nebo ex situ (mimo místo znečištění).
Sanace ropných látek (RL)
Mechanické odstranění volné fáze RL
Při odstraňování ropných látek (RL) se jedná především o mechanické odstranění volné fáze z hladiny podzemní vody a dočištění zbytku rozpuštěných látek (NEL) z vody, která se dále vypouští. Pro tuto potřebu se nejčastěji využívá podzemních vrtů, které jsou situovány v blízkosti zdroje znečištění.
Čtěte také: Použití Sanacni Omítky Weber
V takto znečištěném prostředí se v sanačních vrtech na hladině podzemní vody vyskytuje volná fáze RL. Tato je odčerpávána "vzduchovým" čerpadlem přímo z hladiny do odlučovače ropných látek. Toto čerpadlo může být řízeno dle potřeby časovým nebo hladinovým spínáním. U dna vrtu (kde se již nevyskytuje volná fáze RL) je umístěno ponorné čerpadlo, které zabezpečuje snížení hladiny podzemní vody (depresi). To způsobuje zlepšení přítoku volné fáze RL z okolního kontaminovaného horninového prostředí do sanačního vrtu. Tato voda je vypouštěna přes kontrolní nádrž popřípadě filtr naplněný sorbenty. Chod depresního čerpadla je řízen elektronikou, která udržuje nastavenou hladinu podzemní vody ve vrtu - ideální přítok RL do vzduchového čerpadla na hladině vody.
Zařízení pro odstranění RL
- Gravitační odlučovač RL: Slouží k odloučení volné fáze RL z vody. Do odlučovače je přiváděna nejvíce znečištěná voda ze vzduchových čerpadel. Odlučovač je rozdělen na několik komor, kterými voda postupně protéká a odlučuje se volná fáze RL, která je odebírána a předávána na další likvidaci odborné odpadářské firmě. Voda dále odtéká na dočištění na filtr.
- Gravitační filtr: Na gravitační filtr voda přitéká z gravitačního odlučovače. Filtr je naplněn sorbenty (převážně kutex a fibroil), kde dojde k zachycení zbytkové části ve vodě rozpuštěných látek (NEL). Odtud již vyčištěná voda je vypouštěna (kanalizace, vodoteč …). Filtrační náplň je pravidelně kontrolována a měněna. Použité sorbenty jsou likvidovány odbornou odpadářskou firmou. Celý tento systém gravitačního odlučovače a filtru je netlakový s volnou hladinou vody.
- Kontrolní nádrž: Do nádrže jsou vyústěna depresní ponorná čerpadla. Je to bezpečnostní stupeň čerpání. V případě nasání volné fáze RL depresním čerpadlem (při případné poruše elektroniky) dojde k zachycení volné fáze RL v kontrolní nádrži a nedojde tak k úniku RL. Celý tento automatický systém je potřeba pravidelně kontrolovat a udržovat v řádném a bezporuchovém stavu.
Intenzifikace sanace zemin pro RL
Po odčerpání masivní kontaminace volné fáze RL, případně ClU se snižuje výtěžnost. V poslední době se stále častěji využívá prohřátí zeminy párou, kdy dochází vlivem teploty ke zkapalnění zbytkových znečištění kontaminace a zlepšení nátoku do sanačních vrtů. To je možné i zahříváním vháněného vzduchu solárními panely (UNIDO 1995).
Sanace chlorovaných uhlovodíků (ClU)
Čerpání kontaminované podzemní vody z vrtů
Chlorované uhlovodíky jsou látky těžší nežli voda. To znamená, že takovéto znečištění se v sanačních vrtech v největší koncentraci nachází u dna vrtu. Takto kontaminovaná podzemní voda je odčerpávána "vzduchovým" čerpadlem ze dna vrtu. Toto čerpadlo může být řízeno dle potřeby časovým nebo hladinovým spínáním. Voda je z čerpadla vytláčena tlakovým vzduchem ze vzduchového kompresoru. Ekvivalentně může být vzduchové čerpadlo nahrazeno ponorným čerpadlem, které je vyrobeno z chemicky odolných materiálů. Voda ze sanačních vrtů je čerpána do "stripovacího" zařízení, kde dojde k provzdušnění vody.
Stripovací zařízení na ClU
Slouží k odstranění ClU z vody. Toto zařízení může být různého typu, vždy se však jedná o co největší provzdušnění kontaminované vody. Někdy voda protéká ve stripovací věži přes rošty ze shora dolů proti proudu ventilátorem vháněného vzduchu, nebo je voda v horní části věže tryskou (mlžící) rozprášena na drobné kapičky, které padají dolů proti proudu vzduchu. Těchto provzdušňovacích zařízení je mnoho typů. Cílem stripovacího zařízení je co největší uvolnění ClU z vody do vzduchu. Podle potřeby (velikosti znečištění) může být zařazeno několik stupňů provzdušnění do série. Na výtoku je voda již v požadované kvalitě a je vypouštěna, popřípadě dále upravována. Vzduch kontaminovaný je odváděn na "demistr", kde dojde k odstranění vlhkosti a dále na "vzduchové" filtry.
Vzduchové filtry
Na filtr je přiváděn vzduch s ClU. Ze vzduchu musí být v demistru pokud možno co nejvíce odstraněna vzdušná vlhkost. Vlhkost výrazně zhoršuje sorpční schopnost aktivního uhlí. Jedná se nejčastěji o ocelovou pozinkovanou nádobu naplněnou Aktivním Uhlím. Velikost filtru závisí na množství náplně Aktivního Uhlí, která je odvislá dle koncentrace znečištění a množství vzduchu. Po naplnění sorpční kapacity aktivního uhlí je přívod vzduchu přepojen na další filtr. Kontaminované Aktivní Uhlí je na speciálním zařízení desorbováno, popřípadě likvidováno odbornou odpadářskou firmou. Z filtru již odchází vyčištěný vzduch do ovzduší.
Čtěte také: Použití a výhody sanačních omítek
Regenerace vzduchového filtru
Filtr s Aktivním Uhlím lze několikrát regenerovat. Je k tomu zapotřebí speciálního zařízení, ve kterém dojde k propaření Aktivního Uhlí velmi horkou párou, při kterém dojde k uvolnění ClU. Dále jsou odděleny ClU a likvidovány odbornou odpadářskou firmou.
Kombinované technologie
Čerpání podzemní vody kontaminované chlorovanými uhlovodíky bývá velmi často kombinováno s čerpáním kontaminovaného podzemního vzduchu. V některých případech bývá efektivnější (časově rychlejší) odtěžení nejvíce kontaminované zeminy a její sanace na speciálních skládkách odpadu.
Další metody sanace organického znečištění
Venting
Metoda ventingu je v mnohých případech efektivnější, než klasická sanace vody. Často je vhodné sanační postupy používat společně. Toto zařízení je vhodné především do horninového prostředí s vyšší propustností a dostatečným množstvím těkavých kontaminantů. Jádrem ventingu je odsávání půdního vzduchu z nesaturované zóny pomocí podtlaku. Odsáté vzdušiny jsou odváděny do nádoby se sorbentem, nejčastěji aktivním uhlím. Pro zvýšení účinnosti ventingu lze použít vtláčení vzduchu nebo kombinaci vtláčení a odsávání.
Pro návrh geometrie sanačních objektů, optimální podtlaky a čerpaná množství je důležité znát fyzikálně-chemické vlastnosti kontaminantu, zejména Henryho konstantu. Účinnost ventingu je limitována dosažením zbytkové koncentrace, kterou není již možno v daných podmínkách technologicky snížit.
In situ stripping
Na stripování in situ je založen i tzv. air sparging (stripování in situ), které vytváří podzemní stripér. In situ stripování se používá pro sanaci horninového prostředí znečištěného rozpuštěnými TOL. Odsávané vzdušiny zachycuje a odvádí nad terén do čistícího zařízení. Z vrtů se může, ale nemusí čerpat voda.
Čtěte také: Vlastnosti sanační omítky od Hornbachu
Biodegradace
V konečné fázi sanačních prací je možné variantně použít biodegradaci. Pro aplikaci biopreparátu musí být vhodné podmínky. Jde o živé organizmy, které se musí pravidelně kontrolovat a zabezpečit jim vhodné podmínky. Biodegradaci lze použít při zbytkových rozpuštěných koncentracích. Biodegradace, neboli biologická sanace, se uplatňuje pro méně těkavé a netěkavé biologicky rozložitelné látky, včetně volné fáze ropných uhlovodíků (LNAPL) a par uhlovodíků. Podstatou je podpora přirozené mikroflóry dodáváním atmosférického kyslíku do nesaturované zóny. To se provádí buď vtláčením vzduchu nebo kombinací vtláčení a odsávání.
Pro zajištění oxických podmínek je důležitá kontrola periodického kypření event. nucené aerace půdy. Zlepšení biodegradace lze dosáhnout i úpravou pH, přidáváním živin (např. vápna) nebo obohacením o potřebné živiny. Biodegradace ex situ (biopiloty, bioreaktory) spočívá v vrstvení zeminy do výše max. 3-5 metrů s přídavkem organických materiálů, např. pilin nebo dřevěné štěpky, s cílem podpory mikrobiální aktivity. Závěrečná kontrola je zajištění oxických podmínek a kontrola event. koncentrací v porézní zóně horninového prostředí pro průběh biodegradačního procesu.
Sanace anorganického znečištění
Těžké kovy (TK)
In situ stabilizace/solidifikace
In situ stabilizace těžkých kovů, např. chromu, probíhá injektáží roztoku sulfátu Fe(II) do podzemí, což vede k izolaci iontů kovů a vytvoření nerozpustných sloučenin, např. smíšených oxihydroxidů Fe/Cr. Reakce iontu Fe(II) s Cr(VI) redukuje šestimocný chrom na stabilní iont Fe(III).
In situ vyplachování
Pro sanaci zemin kontaminovaných anorganickými látkami, např. těžkými kovy, se používá in situ proplachování. Jedná se především o volbu vhodných proplachových roztoků, jejichž koncentrace musí být upravena tak, aby byly pro vybranou sanační metodu přátelštější. Po proplachování se reagencie čerpá a čistí různými technologiemi.
Ex situ promývání zemin
Ex situ promývání zemin se provádí na vytříděné zemině ve vodní suspenzi (kalu) za současného čerpání a čištění podzemní vody. Čištění se dělí na čištění štěrků, písků a prací vody. Používají se různé proplachové roztoky, například kyselina dusičná, která však může rozrušovat půdní matrici. Nové metody užívají organické kyseliny, jako jsou kyselina citronová, octová nebo aminokyseliny, které jsou biologicky rozložitelné. Účinnost této metody dosahuje střední účinnosti (tj. 90-95%) u jílovitých půd.
Kyanidy
In situ oxidace/redukce
Sanační metody in situ pro kyanidy jsou obdobné jako pro těžké kovy in situ. Jádro technologie je založeno na čerpání a zpětném zasakování podzemní vody, event. fáze již ve vrtu pomocí vrchního čerpadla. Oxidace sama o sobě je nejdůležitější metoda čištění vod od kyanidů, a to i in situ. Lze použít H2O2 nebo ozón. Za 2-3 hodiny se rozloží více než 80 % kyanidů.
Ex situ oxidace/redukce
Ex situ oxidace/redukce je vhodná pro vodu znečištěnou kyanidy, amoniakem, popř. amonnými solemi. Probíhá v bioreaktoru s nucenou aerací nebo promícháváním zeminy. Oxidační (redukční) reagencie se přidává do zeminy vytříděné a ve vodní suspenzi (kalu). Poté se směs přesouvá do separačního zařízení, kde se činidla zčásti recyklují.
Membránové technologie pro čištění odpadních vod
Technologie MBR (membránový bioreaktor) kombinuje biologické čištění odpadních vod s membránovou separací. Tato technologie je velmi výhodná, protože nabízí menší zastavěný prostor oproti konvenčnímu biologickému čištění se separací v sekundárních usazovacích nádržích. Další výhodou je vysoce kvalitní odpadní voda zbavená všech suspendovaných látek a většiny mikrobiologického znečištění, kterou lze využít jako zdroj užitkové/technické vody v areálu zákazníka a kde požadavky na kvalitu vody umožňují ušetřit případnou spotřebu pitné/surové vody.
Provozní aspekty MBR
Odpadní voda na poloprovozní jednotku MBR je čerpána přes česle s 2mm vrtanými otvory do kulaté nerezové zásobní nádrže. V zásobní nádrži je měřena hladina a také pH. Ze zásobní nádrže je voda čerpána vřetenovým čerpadlem do aktivace. Čerpané množství je měřeno indukčním průtokoměrem a chod čerpadla je regulován pomocí frekvenčního měniče tak, aby bylo možné simulovat denní nerovnoměrnosti nátoku.
Aktivační nádrž je osazena měřením kyslíku, hladiny a jemnobublinnou aerací. Aktivace je provozována jako směšovací s časovým střídáním fází nitrifikace a denitrifikace. Z aktivační nádrže je aktivační směs přečerpávána do membránové komory. Membránová komora je vystrojena měřením hladiny a měřením koncentrace kalu. Z membránové komory je odsáván přebytečný kal dle signálu od sondy měřící koncentraci nerozpuštěné látky. Permeát je odsáván vřetenovým čerpadlem, potrubí permeátu je osazeno měřením průtoku, tlaku a pH. Do potrubí permeátu lze dávkovat chemikálie pro čištění membrán. Permeát je jímán do další nádrže, která slouží jako zásobník pro zpětné proplachy a chemické zpětné proplachy. Řídicí systém obsahuje veškeré algoritmy týkající se mechanického předčištění, biologického čištění a filtrace.
Čištění membrán
Celý systém pracuje na principu přímé filtrace (dead end filtration). Před a za mikrofiltrační jednotkou jsou umístěna tlaková čidla, která zaznamenávají nárůst transmembránového tlaku (TMP) a monitorují zanášení membrány vzniklou suspenzí. Pokud TMP nastoupá na nastavenou hodnotu, je provedeno fyzikální praní. Fyzikální praní (backwash BW) se provádí upravenou vodou v časovém intervalu 1,5-20 hodin, v závislosti na kvalitě surové vody. Fyzikální praní probíhá nejprve filtrovanou vodou z akumulace permeátu o tlaku 500-600 kPa, následuje praní vzduchem o tlaku 200 kPa. Díky využití vysokého tlaku při zpětném praní je doba potřebná pro proplach velmi krátká (10-15 s) s vysokou účinností odstranění depozitů (výrazné snížení TMP).
V daných časových intervalech je aplikováno i chemické praní (chemical enhanced backwash CEB), a to kyselé nebo oxidační. Kyselé praní (ACID CEB) se provádí 37% kyselinou sírovou. Oxidační praní (OXID CEB) se provádí nejčastěji dávkováním chlornanu sodného nebo směsí chlornanu sodného s hydroxidem sodným z důvodu zvýšení hodnoty pH. Chemické praní membrány trvá přibližně 15 minut, poté následuje standardní fyzikální praní. Četnost chemických CEBů a spotřeba těchto chemikálií na jedno praní je v závislosti na typu aplikace a charakteru upravované vody různá. Fyzikální i chemické praní probíhá automaticky s možností změny četností a dalších nastavitelných parametrů.
Pilotní testování a optimalizace
Primární cíl poloprovozních testů je potvrzení použitelnosti aplikované technologie a dále poté upřesnění návrhových parametrů. Například při testu s polymerní membránou se podařilo udržet stabilní hodnotu net flux 13 LMH, což je velice dobrý výsledek, který až předčil očekávání, neboť návrhový net flux v hodnotách vyšších než 10 LMH je již vnímán jako progresivní návrhová hodnota. Jednotka byla také trvale provozována s vysokou hodnotou gross flux 22 LMH, což je výhodné z hlediska optimalizace provozních nákladů reálné ČOV.
V rámci pilotního provozu membránové jednotky byla pozorována značná rozkolísanost vstupní surové odpadní vody, což mělo negativní efekt na účinnost deemulgace chloridem železitým, a to zejména v případech nepředvídatelných úniků olejů do odpadní vody. Z pilotního testování vyplynulo, že organické látky přítomné v odpadní vodě ze strojírenského závodu byly špatně biologicky rozložitelné při době zdržení do přibližně 3 dnů. Pro dostatečnou účinnost biologického stupně byla nutná doba zdržení 7-10 dní. Při těchto dobách zdržení se koncentrace CHSKCr v permeátu pohybovala pod 2 g/l (cílová hodnota 3 g/l) a koncentrace NEL byla v rozmezí od <1 (mez stanovitelnosti) do 8 mg/l (cílová hodnota 10 mg/l).
| Parametr | Stávající ČOV (CHSKCr) | Poloprovozní jednotka (CHSKCr) |
|---|---|---|
| Min. naměřená hodnota | 5 g/l | < 3 g/l |
| Max. naměřená hodnota | > 15 g/l | < 3 g/l (kromě 2 počátečních vzorků) |
| Cílová hodnota | Není uvedena | 3 g/l |
| Účinnost odstranění | Není uvedena | > 70 % |
Účinnost odstranění CHSKCr z odpadní vody poloprovozní jednotkou dosahovala hodnot vyšších než 70 %. Naopak hodnoty na odtoku ze stávající ČOV byly vždy vyšší, v některých případech i přes 15 g/l, což bylo zapříčiněno únikem biomasy do odtoku z důvodu nedostatečné separační schopnosti dosazovací nádrže na stávající ČOV.
Inovativní přístupy: Nanočástice železa
Jedním z nechtěných aspektů průmyslového dědictví je vysoká koncentrace chlorovaných uhlovodíků, těžkých kovů a pesticidů v podzemních vodách. Tyto látky poškozují játra či nervový systém a existuje i podezření, že podněcují nádorová onemocnění.
Běžné sanační postupy jsou založeny na odčerpání kontaminované vody na povrch, její ošetření a navrácení. O schopnosti železa zneškodnit řadu toxických sloučenin a kovů víme přes 30 let. Problém je v aplikaci - železo na vzduchu rychle oxiduje a ztrácí své schopnosti. Pokročilou technologii představuje suspenze nanočástic železa, která se do znečištěného podzemí jednoduše „napumpuje“. Čištění vod pak už proběhne samovolně přímo v místě výskytu znečištění. Anorganický obal nanočástic zajišťuje jejich stabilitu na vzduchu, což umožňuje jejich převážení v práškové formě a přípravu reaktivní suspenze až na místě.
Nanočástice v podzemí spouštějí chemickou reakci, která eliminuje chlorované uhlovodíky, chrom či arsen. Efekt lze podpořit aplikací slabého elektrického pole, případně přídavkem laktátu pro podporu biologické degradace. Dlouhodobým působením částic klesá rozsah znečištění během několika měsíců na zlomek původních hodnot. Když samotné nanočástice nestačí, „zabalí se“ do formy šumivých tablet, které se používají hlavně na odpadní a povrchové vody s vysokou mírou kontaminace, kde je potřeba rychlý zásah.
Monitorovací systémy a průzkumné práce
Při procesu čerpacích zkoušek se stále častěji uplatňují monitorovací systémy, které umožňují zaznamenávat průběh čerpacích zkoušek pomocí automatických měřících stanic. Průzkumné práce slouží k posouzení stavu a míry kontaminace s cílem získat co nejvíce relevantních informací o dané lokalitě (původ znečištění, lokalizace ohniska kontaminace, množství kontaminantu, časovou osu znečišťování, posouzení ohrožení složek životního prostředí). Před vlastní realizací průzkumných prací je vždy nutné zpracovat podrobnou projektovou dokumentaci, kde jsou přesně specifikovány jednotlivé činnosti prací, které budou realizovány.
tags: #sanacni #technologie #znecisteni #vod #prehled