Obrábanie (landfarming)
Princíp
Obrábanie (landfarming), známe aj ako „land treatment“ alebo „land application“, je povrchová sanačná technológia na čistenie pôd. Metóda je založená na (re)kultivácii povrchovej časti pôdy (zvyčajne vrchných 50 cm) za cieľom stimulovať biodegradáciu, ktorá znižuje koncentráciu kontaminantov. Pri procesoch in situ sa kontaminovaná pôda premiešava s pôdou obohatenou o živiny a látky zlepšujúce kvalitu pôdy a následne sa zapracúva do povrchovej vrstvy zeme (Fuentes et al., 2002). Princíp metódy je znázornený na obr. 4.1.5.
Použiteľnosť
Obrábanie sa využíva ako bežná komerčná technológia aplikovaná po celom svete (najmä v USA a Austrálii). Táto sanačná metóda sa dá efektívne využiť pri znižovaní koncentrácie skoro všetkých ropných produktov, ktoré sa často skladujú v podzemných zásobníkoch.
Obrábanie sa úspešne použilo pri odstraňovaní kontaminantov, ktoré sú biodegradovateľné (napríklad spomínané ropné uhľovodíky s veľkým podielom prchavej frakcie a ďalšími menej prchavými biodegradovateľnými kontaminantmi), pri odstraňovaní niektorých prchavých halogénderivátov organických zlúčenín, poloprchavých a neprchavých nehalogénových derivátov organických zlúčenín, pesticídov a zlúčenín ochraňujúcich drevo (fermeže) a PAU (Harmsen et al., 2007).
Základná charakteristika
Obrábanie (landfarming) je premiešavanie kontaminovanej pôdy s pôdou obohatenou o živiny a látky zlepšujúce jej kvalitu. Obohatená pôda sa distribuuje po celom kontaminovanom území a pravidelne premiešava s cieľom zlepšiť prevzdušnenie a zabrániť heterogénnemu priebehu degradácie. Podmienky v pôde sa kontrolujú, aby bolo možné optimalizovať rýchlosť degradácie kontaminantov.
Stimulovaná mikrobiálna aktivita vedie k degradácii adsorbovaných ropných produktov najmä pomocou mikrobiálnej respirácie. Ak je hĺbka uloženia kontaminovanej pôdy malá (napríklad menej ako 1 m pod povrchom), je možné efektívne stimulovať mikrobiálnu aktivitu bez vyťaženia pôdy. Ak je však hĺbka ropnej kontaminácie väčšia ako 1,5 m, je lepšie pôdu vyťažiť a následne aplikovať na povrch pôdneho pokryvu. Úspešné uplatnenie obrábania (landfarmingu) závisí od charakteru pôdy (textúra pôdy, obsah vody – vlhkosť, kvalita a kvantita mikrobiálnej populácie, hodnota pH pôdy) a vplyvu klimatických podmienok zahŕňajúcich množstvo zrážok, veternosť a teplotné pomery. Napríklad v nepriepustných ílových pôdach je zložité zabezpečiť ich aeráciu, čo vedie k nízkej koncentrácii kyslíka v nich. Tieto pôdy však môžu zadržiavať vodu na dlhšie obdobie a tým zabraňovať precipitácii rozličných zlúčenín a minerálnych fáz a zvyšovať vlhkosť. Metóda obrábania je aplikovateľná aj ako metóda ex situ a môže sa kombinovať s inými sanačnými technikami (Fuentes et al., 2002).
Ľahké (viac prchavé) ropné produkty (napr. benzín) sa môžu vyzrážať evaporizáciou skôr, ako sa biodegradujú počas čistenia. Stredne prchavé uhľovodíky (napr. nafta, kerozín) obsahujú nižšie percento ľahkých (viac prchavých) zložiek ako benzín. Biodegradácia týchto ropných produktov je dôležitejšia ako ich evaporizácia. Ťažšie (neprchavé) ropné látky (napr. mazacie a vykurovacie oleje) nepodliehajú evaporizácii (neprchajú) ani počas obrábania (landfarmingu), a tak hlavným mechanizmom na ich odstránenie je biodegradácia (US EPA, 1994c).
Hĺbka možného použitia obrábania závisí od hĺbky, do ktorej je schopné používané prístrojové vybavenie pôdu premiešavať (obrábať). Hĺbka účinnosti zvyčajne používaného vybavenia sa pohybuje od 20 do 40 cm. Veľmi výkonné stroje dokážu dosiahnuť hĺbku asi 60 cm. Použitie metódy vyžaduje priestorové nároky aj na prístup a prípravu mechanizmov. Pôda sa môže premiešavať v jednoduchej lineárnej sieti alebo v kombinovaných sieťach. Samotná realizácia zahŕňa prípravu miesta a pôdy, rozvrhnutie siete obrábania, vytvorenie drenážneho systému zachytávajúceho prípadné výtoky a systému na ich čistenie (ak je potrebné). Použité stroje zvyčajne predstavujú klasické poľnohospodárske stroje – traktory, pluhy, zaorávače a prevzdušňovače.
Počas aplikácie metódy je potrebné periodické meranie hodnoty pH a obsahu živín v pôde. Ich regulácia spočíva v aplikácii kvapalných hnojív, vápenca, prípadne síry do pôdy. Zloženie živín, prípadne dodávanie kyslých alebo alkalických roztokov na korigovanie pH pôdy závisí od monitoringu biologickej činnosti v pôde a od monitoringu základných vlastností pôdy. Frekvencia ich dodávania sa následne modifikuje počas realizácie obrábania podľa potreby. Ak sú v čistenej pôde prítomné prchavé zložky, je potrebný aj monitoring plynných emisií. Aby sa pri realizácii metódy obrábania vyhlo problémom s kvalitou plynných emisií, je vhodné odhadnúť ich množstvo a zloženie na základe pôvodného zloženia a koncentrácie ropných látok v kontaminovanej pôde.
Plán realizácie obrábania by mal zahŕňať frekvenciu aerácie, dodávania živín a vlhkosti do pôdy. Plán však musí byť flexibilný a mal by sa priebežne modifikovať na základe výsledkov monitoringu upravovanej pôdy. Plán by mal zohľadňovať sezónne kolísanie teploty a variabilitu zrážkových úhrnov. Vo všeobecnosti by prevzdušňovanie, vlhčenie a dodávanie živín malo byť častejšie v teplých a suchých mesiacoch. Plán monitoringu počas realizácie obrábania by mal byť detailný a mal by zahŕňať monitoring upravovanej pôdy na stanovenie úbytku kontaminantov a charakterizáciu biodegradačných podmienok (napr. monitoring obsahu CO2, O2, CH4, H2S), monitoring plynných emisií (ak sú prítomné prchavé zložky), monitoring pôdy a podzemnej vody na stanovenie možných únikov kontaminantov do nižších úrovní, ako dosahuje aplikácia obrábania, vzorkovanie a monitoring vôd odtekajúcich z miesta realizácie. Na stanovenie optimálnych parametrov a prípravu maximálne vhodných podmienok na biodegradáciu je vhodné raz za štvrť roka monitorovať aj pôdu, na ktorej sa obrábanie nerealizovalo (US EPA, 1994c).
Výhody a limitácie
Hlavné výhody obrábania sú (Fuentes et al., 2002):
• jednoduchosť a finančná nenáročnosť,
• krátky čas na realizáciu čistenia a nenáročné kontrolné a monitorovacie procesy,
• technická realizácia aj pracovníkmi, ktorí nie sú odborne vyškolení,
• kompletné odstránenie niektorých znečisťujúcich látok zo zeminy.
Hlavné nevýhody a obmedzenia použitia obrábania (Harmsen et al., 2007; US EPA, 1994c):
• vyžaduje väčší priestor a čas na prípravu,
• teplota a zrážky môžu vplývať na biologickú degradáciu kontaminantov a môžu predĺžiť čas na požadované odstránenie znečisťujúcich látok,
• niektoré znečisťujúce látky nie je možné odstrániť na úroveň požadovanú sanačnými limitmi,
• prípadné presakovanie zo systému sa musí zachytávať a môže vyžadovať dočisťovanie,
• primiešaním kontaminovanej pôdy do pôdy, ktorá nie je kontaminovaná, vzniká väčšie množstvo kontaminovaného materiálu,
• obsah ťažkých kovov vyšší ako 2 500 mg . kg–1 môže zabrániť mikrobiálnej aktivite,
• hĺbka účinnosti je limitovaná hĺbkou dosahu orby (premiešania).
Trvanie čistenia a účinnosť
Čas potrebný na efektívnu realizáciu obrábania závisí od vstupnej a požadovanej konečnej koncentrácie kontaminantov. Typický čas aplikácie sa pohybuje od 6 do 18 mesiacov.
Obr. 4.1.5. Princíp obrábania (landfarming).