Talajremediáció in situ parázsló égéssel In situ smouldering

1. Talajremediáció in situ parázsló égésselIn situ smouldering A nem-vizes fázisú folyékony szerves anyaggal szennyezett talajok remediációja Összeállította: Bóta Erika

2. Alapfogalmak • RemediációVegyi anyagokkal szennyezett környezeti elemek környezeti kockázatának elfogadható mértékűre csökkentése • In situMódszer, amivel a szennyezett talaj, felszín alatti víz, talajgáz, felszíni víz és üledék kezelését eredeti helyén, kitermelés nélkül oldják meg. • Termikus módszerÉgetés, izzítás, pirolízis. A füstgázok kezelésére további technológiák alkalmazása szükséges. Nagy energiaigényű, nagy környezeti kockázatú technológia, de a szennyezőanyag végleges eltüntetését eredményezi. • SmoulderingParázslás, izzítás, hamvasztás, parázsló égés • NAPLNem-vizes fázisú folyadék (non-aqueous phase liquid), szerves vegyületek Forrás: http://enfo.hu/mokka/db2/glossary.php

3. NAPL szennyezőanyagok • Kőolajszármazékok • Kőszénkátrány • Éghető szerves oldószerek (pl. triklór-etilén) • a szennyezőanyagok nagy mennyiségben kerülnek a talajba • ott hosszú ideig megmaradnak • akut mérgezést és hosszú időn keresztül tartó egészségkárosodást okozhatnak az emberben • eltávolításukra többféle technológia ismert (fizikai-kémiai és biológiai alapú technológiák, stb.)

4. STAR, az önfenntartó parázsló égés STAR: aktív remediáció önfenntartó kezeléssel (Self-sustaining Treatment for Active Remediation) A szerves anyagok égetéssel történő megsemmisítése ismert módszer. A lángoló égés nem használható a talajban, mert a talaj porózus szerkezete miatt a láng nem tartható fenn A parázsló égés termikus módszer, ami használható a porózus talajszerkezetben. Célja a pórusok között található, folyékony fázisban levő, mérgező szerves szennyezőanyagok égetéssel történő megsemmisítése. Az égéshez a levegőt a technológia biztosítja. Forrás: P Pironi, C Switzer, G Rein, JI Gerhard, JL Torero, Field trilas of in situ smouldering remediation for non.aqueous phase liquid contaminated soil, 11th International UFZ- Deltares/TNO Conference on Management of Soil, Groundwater and Sediment, ConSoil 2010 Salzburg, Austria, 22-24 September 2010, Abstract of presentations, pp.111

5. A talajban végbemenő folyamat • A parázsló égés elindításához szükség van a NAPL szennyezőanyag begyújtására, kis mennyiségű külső energiával • A keletkező hő hatására exoterm égési reakció kezdődik, ami idővel önfenntartóvá válik • A reakció körül a talaj előmelegszik és ott is megkezdődik a parázsló égés. • Ekkor már nem szükséges több külső energia, elegendő az oxigén biztosítása levegő adagolásával • A keletkező égéstermékek (CO és CO2) szabadon távoznak a talajból

6. A folyamat szabályozása A parázsló égés szabályozása az égéshez szükséges levegő biztosításán keresztül történik. Ha a levegőutánpótlást megszüntetjük, a folyamat önmagától megszűnik, a talajban végbemenő parázsló égés befejeződik.

7. A technológia hatékonysága Laboratóriumi és félüzemi kisérletekben a talajban a NAPL szennyezés 99,99%-a megszüntethető volt a bemutatott módszerrel, és a kezelt talaj ismét felhasználhatóvá vált

8. Laboratóriumi kisérlet eredménye a) tiszta homok b) friss kőszénkátránnyal c) kezelt homok d) kezelt homok kevert homok a készülék magjából a készülék faláról A kísérlet körülményei: - NAPL telítettség a kőszénkátrány és homok keverékben: 10%-25%-50% - kvarcüveg-cső mérete: átmérő 100 mm, magasság 175 mm - homok: 40 mm, homokkal kevert kőszénkátrány: 60 mm, homok: 30 mm - előfűtés hőelemmel (a reakció indításához): 400 oC, 1 órán át - a befúvott levegő mennyisége: 4,75 cm/s–16,2 cm/s között - a kísérlet időtartama: 55 perc - detektált hőmérsékleti csúcsok: 780 – 1070 oC között - diklórmetános extrakcióval, gravimetriával mérve a szervesanyag tartalom csökkenése a készülék közepén: 99,95%, a szélén: 98% Ref: P Pironi, C Switzer, G Rein, JI Gerhard, JL Torero, A Fuentes, Small-Scale Forward Smouldering Experiments for Remediation of Coal Tar in Inert Media, Proceedings of the Combustion Institute 32 (2), pp. 1957-1964, 2009. http://dx.doi.org/10.1016/j.proci.2008.06.184. http://www.era.lib.ed.ac.uk/handle/1842/1152

9. In situ szabadföldikisérletek 2009. októberében alkalmazták először az in situ módszert, talajvízszint alatti kisérletben- 2,3 m3 méretű teszt-kamrát használtak, amit bemerítettek egy régi, kőszénkátrányt tartalmazó, föld alatti tóba- A szennyező nehézolaj és petróleum parázsló égése kilenc napig tartott, átlagosan napi egy métert haladt előre az önfenntartó parázsló égés a talajban- A talaj NAPL tartalma a kezelés előtt: 31000 mg/kg, a kezelés után: 10 mg/kg. A szennyezés 99,97%-a megsemmisült. A sikeres kisérletek alapján folyamatban van egy hordozható STAR készülék kifejlesztése Ref: G. P Grant Ph.D, D Major, Self-Sustaining Treatment for Active Remediation, Pollution Engineering, August 1, 2010, http://www.pollutionengineering.com/Articles/Feature_Article/BNP_GUID_9-5-2006_A_10000000000000876346

10. A technológia alkalmazhatósága • 2010-ben még nem alkalmazták ipari méretekben, a kísérleti vizsgálatokat ismerjük • 10-3–3 m3 méretű területeken végzett kísérletek azt mutatják, hogy a parázsló égés fenntartásához szükséges levegőmennyiség-szükséglet nagyobb terület esetében erősen csökkenő mértékű, így ipari alkalmazása rentábilis lesz. • A technológia ideális lehet a víznél könnyebb nem-vizes fázisú, éghető folyékony szennyező anyagok eltávolításra a talajból, a talaj kitermelése nélkül Ref: C. Switzer, P. Pironi, P. Reszka, G.Rein, J.I. Gerhard1, J.L. Torero, Scaling-up Experiments of Smouldering Combustion as a Remediation Technology for Contaminated Soil, Ninth International Symposium on Fire Safety Science, 2008 IAFSS Conference In Karlsruhe, Germany, 21-26 September 2008, Poster, http://www.see.ed.ac.uk/fire/posters/2008_IAFSS_Christine_poster.pdf

11. Összefoglalás • Nagymennyiségű veszélyes, folyékony szerves anyag (policiklusos aromás szénhidrogének, benzolszármazékok…) található a talajban, elsősorban az ipari vidékeken. • A hatékony eltávolításukhoz a jelenlegi technológiák nem elégségesek. A bemutatott technológia hatékony módszernek ígérkezik az eddigi kísérletek alapján. • További vizsgálatok szükségesek a következő tényezők hatásának elemzésére:- a talaj porózussága- a talaj víztartalma- a talaj szervesanyag tartalma- lehetnek-e olyan körülmények, amik irányíthatatlanná teszik a reakciót? • Az összes paraméter megvizsgálása után várhatóan megvalósítható egy új, a gyakorlatban jól alkalmazható, hatékony, in situ talajremediációs eljárás