BIOLOGICKÉ SANAČNÍ METODY II

1. BIOLOGICKÉ SANAČNÍ METODY II Ing. Vít Matějů ENVISAN-GEM, a.s., Biotechnologická divize, Budova VÚPP Radiová 7, 102 31 Praha 10 envisan@mbox.vol.cz Biologické sanační metody II

2. POLUTANTY • Ropné uhlovodíky • Chlorované ethyleny • Organické sloučeniny (karboxylové sloučeniny, karbonylové sloučeniny, alkoholy, deriváty amino, nitro, halogen, thio …) • Polycyklické aromatické uhlovodíky • Anorganické sloučeniny (sirovodík, sulfáty, kovy, radionuklidy, ….) Biologické sanační metody II

3. SORPČNÍ ISOTHERMY Matematické vyjádření s využitím chemických koeficientů, platí pro koncentrace < ½ rozpustnosti ve vodě, vhodné zejména pro ropné uhlovodíky Nízká koncentrace polutantu Vysoká koncentrace polutantu - ohnisko Biologické sanační metody II

4. BIOLOGICKÉ SANAČNÍ TECHNOLOGIE • IN SITU Bioventing Biosparging Přirozená atenuace • EX SITU Bioremediace půdy, kalů, stavebních odpadů Biofiltrace Biologické sanační metody II

5. BIOVENTING • Nesaturovaná zóna – in situ • Polutanty - ropné uhlovodíky - organické sloučeniny - chlorované ethyleny • Technické řešení - aerobní bioventing - anaerobní bioventing - kometabolický bioventing Biologické sanační metody II

6. BIOVENTING CÍLE: • Zajistit dostatek kyslíku pro aerobní biologický rozklad polutatnů • Snížit úniky polutantů do atmosféry • Dosáhnout maximálního biologického rozkladu polutantů Biologické sanační metody II

7. BIOVENTING Biologické sanační metody II

8. BIOVENTING Biologické sanační metody II

9. BIOVENTING • Provedení pilotních testů pro: - stanovení respirační rychlosti - stanovení průměru vlivu vrtu - zjištění potřebných úprav prostředí • Určení sítě vrtů • Určení průtoku vzduchu • Monitoring Biologické sanační metody II

10. BIOVENTING Faktory ovlivňující účinnost bioventingu: • Dostupnost a typ akceptoru elektronů • Obsah vlhkosti • pH zeminy • Teplota půdy • Koncentrace makrobiotických prvků • Koncentrace polutantu(ů) • Biologická dostupnost polutantů (sorpce) • Biodegradovatelnost Biologické sanační metody II

11. RESPIRAČNÍ TEST • Vrt musí být umístěn v ohnisku znečištění • Nízká koncentrace kyslíku < 2 % obj. • Aerace alespoň 24 hodin, 5 až 10 m3.h-1 • Měření koncentrace O2 a CO2 v půdním vzduchu v intervalu 1 až 5 hodin • Měření v pozaďovém vrtu • Koncentrace polutantů v půdním vzduchu a půdě • Koncentrace makrobiotických prvků • Obsah vlhkosti, pH Biologické sanační metody II

12. RESPIRAČNÍ TEST - VÝSLEDEK Biologické sanační metody II

13. RESPIRAČNÍ TEST - VÝSLEDKY • Rychlost spotřeby kyslíku • Vzdálenost ventingových vrtů • Průtok zatláčeného vzduchu • Obohacení makrobiotickými prvky • Vlhčení • Propustnost prostředí Biologické sanační metody II

14. VLIV PRPUSTNOSTI PROSTŘEDÍ Biologické sanační metody II

15. VLIV DRUHU POLUTANTU Biologické sanační metody II

16. BIOLOGICKÝ ZÁKLAD BIOVENTINGU C6H14 + 7,875 O2 + 0,25 NO3 CH2O0,5N0,25 (biomasa) + 6 CO2 + 7 H2O Bez tvorby biomasy C6H14 + 9,5 O2 6 CO2 + 7 H2O Biologické sanační metody II

17. BIOVENTING V PRAXI Biologické sanační metody II

18. BIOVENTING V PRAXI Biologické sanační metody II

19. BIOVENTING V PRAXI Biologické sanační metody II

20. BIOSPARGING • Saturovaná zóna – in situ • Polutanty - ropné uhlovodíky - organické sloučeniny - chlorované ethyleny • Varianta air spargingu Biologické sanační metody II

21. BIOSPARGING CÍLE: • Zajistit dostatek kyslíku pro aerobní biologický rozklad polutatnů v podzemní vodě • Podpořit striping polutantů do nesaturované zóny • Dosáhnout maximálního biologického rozkladu polutantů Biologické sanační metody II

22. BIOSPARGING Biologické sanační metody II

23. BIOSPARGING • Provedení pilotních testů pro: - stanovení průměru vlivu air spargingového vrtu - zjištění potřebných úprav prostředí • Určení sítě vrtů • Určení průtoku vzduchu • Monitoring Biologické sanační metody II

24. BIOSPARGING Faktory ovlivňující účinnost bioventingu: • Dostupnost a typ akceptoru elektronů • pH podzemní vody • Teplota podzemní vody • Koncentrace makrobiotických prvků • Koncentrace polutantu(ů) • Biologická dostupnost polutantů (sorpce) • Biodegradovatelnost polutantu • Redox potenciál Biologické sanační metody II

25. BIOSPARGING – VLIV PROPUSTNOSTI Biologické sanační metody II

26. BIOSPARGING – VLIV DRUHU POLUTANTU HENRYHO KONSTANTA > 100 atm Biologické sanační metody II

27. BIOSPARGINGOVÉ VRTY Biologické sanační metody II

28. BIOSPARGING Biologické sanační metody II

29. BIOSPARGING - MONITORING Biologické sanační metody II

30. BIOSPARGING Biologické sanační metody II

31. PŘIROZENÁ ATENUACE Protokol U.S. EPA, 1998 pro hodnocení přirozené atenuace chlorovaných rozpouštědel Biologické sanační metody II

32. 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 a 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). Biologické sanační metody II

33. 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) Biologické sanační metody II

34. VARIACE • Monitorovaná přirozená atenuace – Monitored Natural Attenuation • Podporovaná atenuace – Enhanced Attenuation • Podporovaná pasivní atenuace – Enhanced Passive Attenuation Biologické sanační metody II

35. CO TO JE PŘIROZENÁ ATENUACE • Biodegradace - 95 % a více % eliminace polutantu • Disperze • Ředění • Sorpce • Těkání • Abiotická transformace Biologické sanační metody II

36. PŘIROZENÁ ATENUACE Vyčistíme jen malý kousek a zbytek vyčistí přirozená atenuace Biologické sanační metody II

37. PŘIROZENÁ ATENUACE Biologické sanační metody II

38. BIOLOGICKÁ ATENUACE Biologické sanační metody II

39. POLUTANTY • Ropné uhlovodíky, především monoaromatické uhlovodíky (benzen, toluen, ethyleny a xylen) • Alifatické uhlovodíky • Chlorovaná rozpouštědla, zejména chlorované ethyleny • Methylterciárníbutylether • Kovy a radionuklidy (redukční srážení) • Organické sloučeniny Biologické sanační metody II

40. HISTORIE Biologické sanační metody II

41. POUŽITELNOST 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, Degradace, Sorpce, Ostatní Biologické sanační metody II

42. PROKAZOVÁNÍ PŘIROZENÉ ATENUACE Tzv. three lines of evidence • Klesá koncentrace polutantu ve směru proudění podzemní vody • Snižování koncentrace potenciálních akceptorů elektronů (NO3-, SO42-, O2) ve srovnání s neznečištěnou oblastí • Biologická aktivita v podzemní vodě Biologické sanační metody II

43. CO JE TŘEBA ZNÁT PŘED APLIKACÍ PŘIROZENÉ ATENUACE • Druh polutantu, jeho koncentrace a celkové množství • Geochemické poměry v horninovém prostředí • Oxidačně redukční podmínky ve zvodni a jejich horizontální a vertikální změny • Druh a množství konečných akceptorů elektronů pro biologické odbourávání • Rychlost difuse, těkání, ředění a dalších fyzikálních parametrů majících přímý vliv na rychlost a účinnost přirozené atenuace 6. Odbouratelnost polutantu za podmínek ve zvodni • Rychlost proudění podzemní vody a rychlost šíření kontaminačního mraku • Mikrobiologická aktivita Biologické sanační metody II

44. JAK SE V TOM VYZNAT? • 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 Biologické sanační metody II

45. PROTOKOLY Biologické sanační metody II

46. ROZHODOVACÍ PODPŮRNÝ SYSTÉM Biologické sanační metody II

47. VÝHODY PŘIROZENÉ ATENUACE • Úplný rozklad polutantů • Neinvazivní metoda • Nevznikají odpady • Bez technických limitací • Dobře použitelná při nízkých koncentracích polutantů - dočištění Biologické sanační metody II

48. NEVÝHODY PŘIROZENÉ ATENUACE • Vysoké náklady na úvodní i provozní monitoring • Toxicita vznikajících produktů biotransformace • Vysoká citlivost na změny hydrogeologických poměrů • Doba pro dosažení požadovaných ůlimitů může být velmi dlouhá Biologické sanační metody II

49. SANACE PŮDY EX SITU • Matrice: - Čištění pevných materiálů: zemina, stavební odpady, kaly, sedimenty • Polutanty: - Ropné uhlovodíky - Polycyklické aromatické uhlovodíky - Chlorované uhlovodíky - Ostatní organické polutanty Biologické sanační metody II

50. TECHNICKÁ ŘEŠENÍ Biologické sanační metody II