OCHRANA PÔDY

1. OCHRANA PÔDY Inžinierstvo ochrany vody a pôd 3.Bc. TOŽP

2. Vznik a vývoj pôdy Materská hornina vznikla v priebehu geologických období a vystupuje v troch základných typoch: • Vyvreliny- pokrývajú najväčšiu časť zemské-ho povrchu. Vznikli postupným chladnutím žeravej magmy vyvrhnutej na povrch zeme. • Usadené horniny - vznikajú nahromadením zvetraných častí primárnych hornín,zanesených vetrom či vodou na vzdialené miesta. • Premenené horniny - vznikajú premenou primárnych vyvrelín a sekundárnych usadenín.

3. Profil pôdy je rozdelený do vrstiev (horizontov) so špecifickými fyzikálnymi, chemickými a biologickými vlastnosťami.

4. Charakteristika a funkcie pôdy • Pôda je rozhodujúcou výrobnou a sociálnou základňou krajiny. Lokálne je často len jediným ekonomickým (existenčným) zdrojom pre život a sociálnu zabezpečenosť miestneho obyvateľstva. • Pôda predstavuje rozhodujúci prírodný zdroj a súčasne aj ekonomický a eko-sociálny potenciál krajiny. • Umožňuje produkovať potraviny a suroviny, recykluje odpady, tvorí leso-poľnohospodársku krajinu, • Filtruje a zadržiava vodu, umožňuje využívať a zhodnocovať slnečnú energiu, zabezpečuje kolobeh a ekologicky vyváženú bilanciu látok v prírode, udržiava diverzitu rastlinných a živočíšnych druhov na našom území • Primárne formuje kvalitu životného prostredia, je zdrojom surovín a kultúrnym dedičstvom obyvateľstva.

5. Parametre pôdy Na základe variability v čase môžeme rozlíšiť: • stabilnéparametre pôdy (napr. hĺbka pôdy, zrnitosť pôdy), • relatívne stabilné (obsah solí, obsah organickej hmoty v pôde, kontaminácia ťažkými kovmi), • relatívne dynamické (pH, obsah živín), • dynamické(vlhkosť a teplota pôdy, mikrobiálna aktivita a pod.).

6. Parametre pôdy K indikátorom kvality pôdy patria nasledujúce parametre: • Fyzikálne parametre (štruktúra, textúra, hĺbka, hydraulická vodivosť, maximálna a retenčná vodná kapacita, objemová hmotnosť a pórovitosť) • Chemické a fyzikálno–chemicképarametre (obsah a kvalita humusu, obsah dusíka, pH, celková katiónová výmenná kapacita, vodivosť, obsah živín (N, P, K,Ca, Mg) a obsah rizikových prvkov a organických kontaminantov) • Biologické parametre pôdy (C, N biomasy mikroorganizmov, potenciálne mineralizovateľný N, respirácia, aktivita pôdnych enzýmov) .

7. Znečistenie pôd

8. Monnitoring pôdy - Merané veličiny • územná identifikácia monitorovacích lokalít • klasifikácia pôdy a označenie horizontov • fyzikálne vlastnosti • pôdna reakcia pH a obsah uhličitanov • makroživiny (C, O, H - N, P, K, Ca, Mg) • mikroživiny (S, Fe, Mn, Zn, Cl, B) • humus • výmenné katióny a sorpčný komplex -schopnosť pôdy viazať z pôdneho roztoku chemické látky a udržiavať ich v pôde. • stopové prvky v rastlinách  • totálny obsah stopových prvkov • organické kontaminanty a indikátory rádioaktívneho znečistenia

9. Kontaminácia pôd Ku kontaminácii môže dôjsť: • priamymi zásahmi (aplikáciou priemyselných odpadov, čistiarenských kalov, dnových sedimentov, pesticídov, hnojív, kontaminovanými závlahovými vodami a i.) • nepriamo - produkciou emisií dopadajúcich na pôdu (predovšetkých z priemyslu, energetiky a dopravy).

10. Degradácia pôdy • Degradácia pôdy vyjadruje pokles až zánik pôdnej úrodnosti.  Všeobecne sa rozlišujú • chemická- napr. zmena mechanizmu pôd vplyvom priemyselných exhalátov, acidifikácia, alkalizácia a salinizácia pôd, • fyzikálna- napr. zhutňovanie pôdy vplyvom ťažkej mechanizácie a veľkoplošných závlah, zvýšená plošná erózia a akumulácia pôd ako dôsledok veľkoplošného hospodárenia bez primeraných protieróznych opatrení), • biologická - deficit organických a minerálnych hnojív, nesprávne striedanie plodín, zlé spracovanie pôdy a i.

11. Znečistenie pôdy ropnými látkami • Ropné látky sa môžu vyskytovať v o forme:plynu,kvapaliny,emulzie vo vode,roztoku vo vode. • rozsah ohrozenie nie je daný vlastnosťamiZL (toxicitou, organoleptickými vlastnosťami a pod.), a množstvom. • úniky malého rozsahu – tzv. ropné poruchy vznikajúce prevažne pri poruchách zariadení s únikom len niekoľko litrov ropnej látky, • úniky väčšieho rozsahu – tzv. ropné nehody, pri ktorých môže uniknúť niekoľko desiatok litrov ropnej látky (do 200 litrov), • ropné havárie

12. Únik ropných látok do horninového prostredia :1.Infiltrované množstvo ropnej látky do určitej doby neprekračuje pohlcovaciu kapacitu zeminy v danej oblasti, hladina podzemnej vody je hlboko.

13. Únik ropných látok do horninového prostredia :2.Infiltrované množstvo ropnej látky dosiahne nepriepustné podložie alebo hladinu podzemnej vody.

14. Spôsoby ochrany pôdy • Rekultivácia (obnova lesných a poľnohospodárskych pozemkov ) • Technická – realizácia protieróznych opatrení,agrotechnická (meliorácia), úprava terénu, odvodňovanie, drtenie, lámanie skál, stavebná úprava, rekonštrukcia a modernizáciasilážnych žľabov, močovkových kanalizácií, žúmp a zásobníkov,spevnených plôch, ai. • Biologická– zúrodňovanie, zalesnenie, zavezenie vrstvou zeminy (napr. skládky odpadu), sadovnícke úpravy apod. • Izolácie- proti priesakom sú íl a prírodný asfalt. Dnes sú íly nahradzované bentonitmi, prírodné asfalty asfaltom z ropy a stále vo väčšej miere sa používajú geotextílie a fólie z rôznych syntetických materiálov - PVC, PE, PP, kaučuky a pod. • Dekontaminácia a sanácia Dekontaminácia (odstránenie znečistenia) je súbor opatrení, princípov, metód, postupov a činností, ktorých cieľom je očistenie pôdy, resp. inej zložky životného prostredia od materiálu biologického pôvodu. Sanácia- odstránenie škôd úpravou územia a územných štruktúr.

15. Metódy sanácie kontaminovaného prostredia • Podľa druhov polutantov, ktoré treba sanovaťropné látky,tekuté chlorované uhľovodíky, polychlorované bifenily,ťažké a toxické kovy, atd. ) • Podľa miesta použitia (sanačného zákroku): • „In situ“ (na mieste) – vykonáva sa priamo v horninovom prostredí, kde zmenou vstupných parametrov je možné dosiahnuť zmenu vlastností kontaminantu (rozpustnosti, mobility, a i.) a/alebo odstránenie kontaminantu. • „Ex situ“resp.„off site“– vykonáva sa mimo lokalitu sanačného zásahu po separácii kontaminovaného média (napr. odťaženie zeminy a sanácia na dekontaminačnej ploche alebo odčerpanie vody a zneškodnenie čistiarni odpadových vôd). • “On situ“– na povrchu znečisteného miesta (horninového prostredia, resp. pôdy).

16. Podľa použitého mechanizmu čistenia - postupu : 1.Fyzikálno-chemické metódy 2.Biologické metódy 3.Termické 4.Iné. Podľa stupňa a metódy odstránenia znečistenia: 1. pasívne – konzervačné, 2. aktívne – odstránenie polutantovseparáciou, prevodom do inej zložky ekosféry, formou biodegradácie, spaľovaním, radiačným rozkladom a iné.

17. Fyzikálno-chemické metódy • Pranie zemín • Vymývanie pôdy - Aplikácia povrchovo aktívnych látok • Mokrým osievaním, mletím a preplachovaním • Elektrokinetická dekontaminácia • Solidifikácia, stabilizáciacementáciu, bitumenizáciu, vitrifikáciu • Extrakcia • Chemická extrakcia rozpúšťadlom • Dvojfázová extrakcia • Chemická redukcia / oxidácia • Chemická oxidácia • Dehalogenácia

18. Fyzikálne a chemické • Elektrokinetická dekontaminácia • Vymývanie pôdy • Solidifikácia a stabilizácia • Zakrytie, uzavretie, enkapsulácia • Vitrifikácia Elektrokinetická dekontaminácia Vymývanie pôdy Zakrytie, uzavretie, enkapsulácia

19. Biologické metódy Biodegradačné technológie slúžia na odstraňovanie organických kontaminantov z kvapalných a pevných materiálov pomocou mikroorganizmov: • BIO- Air sparging • Bioslurping • Bioventing • Biopiles • Landfarming • Fytoremediácia • Podporovaná bioremediácia • Monitorovaná prirodzená atenuácia • Kompostovanie

20. Biosparging v praxi

21. Biodegradácia v lagúnach

22. Vyššími hubami upravená drevná biomasa ako pôd aditívum do kontaminovaných pôd

23. Biopiles v praxi • Biopiles v praxi

24. Diagram zobrazujúci procesy fytoremediácie kovov

25. Schéma dekontaminácie saturovanej zóny „in situ

26. Dekontamináciazemín „ex situ“

27. Termické metódy dekontaminácie zemín Termické metódyt.j. tepelného ošetrenia a tepelnej podpory je skupina metód využívajúcich tepelnú energiu na podporu degradácie kontaminantov v horninovom prostredí, napr. • odporové zahrievanie, • vstrekovanie vodnej pary, • termická desorpcia in situ, • zatláčanie horúceho vzduchu, • konduktívny ohrev a pod.

28. Termické metódy „in situ“ • Extrakcia pary je extračná technológia, ktorá využíva teplotu pre zvýšenie kvapalnatosti polutantov v pôde. • Vitrifikácia využíva teplo ku taveniu pôd a rozkladu vybraných organických polutantov.

29. Vitrifikácia Solidifikácia a stabilizácia

30. Termické metódy „ex situ“ • Nízkoteplotná termická desorbcia - pri ohreve pôdy na teplotu 90o až 320° C. • Vysokoteplotná termická desorbcia - od 320o do 560° C, • Vitrifikácia „ex situ“- princípom metódy je „zaskeletovanie“ odpadu. • Spaľovanie

31. Iné metódy • Capping –prekrytie, označované aj ako zakrytie, uzatvorenie či enkapsulácia • Skládkovanie

32. Metódy sanácie podzemnej, povrchovej vody a priesakovej vody (výluhov) Podobne jako metódy sanácie pôd a zemín je možné aj sanačné metódy vôd rozdelit podľa použitého princípu nasledovne: • Postupy „in situ„ • Fyzikálno-chemické metódy • Biologické metódy • Termické metódy • Postupy „ex situ“ • Fyzikálno-chemické metódy • Biologické metódy

33. F-CH postupy „in situ„ • Air sparging– vháňanie stlačeného vzduchu pod hladinu podzemnej vody sieťou air spargingových vrtov, pri prieniku telesom podzemnej vody vzduch viaže prchavé zložky kontaminantov obsiahnuté v hornine a rozpustené v podzemnej vode (kombinuje sa s ventingom). • Bioslurping– kombinácia (bio)ventingu a vákuového odsávania produktu z hladiny podzemnej vody („zosrkávanie“). • Chemická oxidácia – aplikácia oxidačného činidla (vo forme vodného roztoku – najčastejšie manganistan draselný, peroxid vodíka alebo Fentonovo činidlo, ...) do saturovanej zóny, aby tu došlo k deštrukcii kontaminujúcich látok rozpustených vo vode, nasorbovaných v horninovom prostredí alebo prítomných vo forme voľnej fázy. • Dvojfázová extrakcia – metóda podobná bioslurpingu niekde aj ako ekvivalent (dual phase extraction, vacuum enhanced extraction, ...). Rozdiel je v kombinácii zosrkávania produktu z hladiny podzemnej vody s bioventingom (bioslurping) alebo s ventingom. • Air strippingvo vrtoch alebo studniach – modifikácia metódy air stripping. Do saturovanej zóny sa dopravuje vzduch vháňaním do sanačného vrtu, pričom z toho istého vrtu sa vzduch po prechode podzemnou vodou aj odsáva. • Pasívna resp. reaktívna bariéra (drenážna stena, hydraulická clona)

34. F-CH metódy „ex situ“ • Adsorpcia - dochádza k hromadeniu kontaminujúcich látok na povrchu adsorbentu (napr. polymérová živica, vyzrážané oxidy kovov, bentonit, koks, rašelina popolček a podobne), • Absorpcia(pohlcovanie) dochádza k prestupu hmoty medzi plynnou a kvapalnou fázou až do dosiahnutia absorpčnej rovnováhy (v kolónach, odlučovačoch alebo absorbéroch – rozprašovacích, prebublávacích či kaskádových); • Chemická oxidácia – premena organických polutantov na neškodné alebo menej toxické látky v silne oxidačnom prostredí dosiahnutom prídavkom oxidačného činidla ako je Fentonovo činidlo, manganistan draselný či sódny, peroxodvojsíran sódny, ozón a podobne, vykonáva sa v chemických reaktoroch;

35. Biologické metódy • Kontaminovaná podzemná voda vyčerpaná na povrch sa privádza do bioreaktorov(aerobných, anaerobných, s prídavkom kometabolických zlúčenín a podobne), kde sú optimalizované podmienky pre biologické odbúranie polutantov. • V niektorých prípadoch je možné využiť umelú mokraď, resp.koreňovú čistiareň, ktorá je určená na čistenie podzemnej vody, pri čom sa využívajú prirodzené geochemické a biologické procesy v umelo pripravenom ekosystéme.