Vákuová bioextrakcia (bioventing)

   Princíp

Pre vákuovú bioextrakciu sa v praxi používa označenie bioventing. Táto sanačná metóda stimuluje in situ biodegradáciu organických kontaminantov adsorbovaných na častice zemín v pásme prevzdušnenia. Aktivita mikroorganizmov (baktérie, riasy, huby, protozoá a aktinomycéty) prirodzene sa vyskytujúcich v pôdach sa podporuje vháňaním vzduchu alebo kyslíka. Táto metóda sa môže použiť vtedy, ak rýchlosť prirodzenej degradácie je vo všeobecnosti limitovaná množstvom prítomného kyslíka alebo iných akceptorov elektrónov viac ako množstvom nutrientov potrebných na biodegradáciu (Fuentes et al., 2002).

Princíp metódy je založený na tom, že do pásma prevzdušnenia sa dopravuje kyslík núteným vháňaním alebo odsávaním vzduchu aplikačnými (ventingovými) vrtmi tak, aby sa zvýšila koncentrácia kyslíka v pásme prevzdušnenia a tým sa zlepšili podmienky na biologický rozklad. Množstvo dodávaného alebo odsávaného vzduchu je malé, pokrýva iba spotrebu kyslíka pri biodegradácii. Tým sa zabraňuje úniku znečisťujúcich látok do prostredia a kontaminácii atmosféry. Rýchlosť prestupu dodávaného vzduchu prostredím musí byť taká, aby zaistila aeróbne podmienky v celom prostredí. Z konštrukčného hľadiska ide o vrty s malým priemerom (30 – 100 mm), zakončené tesne nad hladinou podzemnej vody. Vrt je vystrojený rúrkou z PVC s perforáciou. Perforácia je štrbinová, rozmiestnená tak, aby pokrývala čo najväčší povrch a uľahčovala prienik vzduchu do horninového prostredia (Matějů et al., 2006).

   Použiteľnosť

Bioventing sa dá použiť na degradáciu všetkých aeróbne rozložiteľných znečisťujúcich látok, najmä ropných látok (napríklad palivá, benzín). Dá sa aplikovať aj pri degradácii polycyklických aromatických uhľovodíkov (PAU), acetónu, BTEX (benzén, toluén, etylbenzén, xylény), naftalénu (Matějů et al., 2006), nechlórovaných rozpúšťadiel, niektorých pesticídov, ochranných náterov dreva (fermeže), prchavých zložiek a ďalších organických zlúčenín (Fuentes et al., 2002).

Metódu je možné využiť na odstraňovanie kontaminantov, ktoré sú degradovateľné v aeróbnych podmienkach, majú tlak pár nižší ako 100 Pa a majú nízky rozdeľovací koeficient. Ľahko prchajúce organické látky sa odparia skôr, ako sú degradované.

   Základná charakteristika

Myšlienka dodávania kyslíka do horninového prostredia (podzemia) s cieľom degradovať kontaminanty je známa desiatky rokov. V počiatočných štúdiách sa ako nosič (médium na prenos) kyslíka používala voda (napríklad injektáž peroxidu vodíka do zeminy). Voda je však pri prenikaní do horninového prostredia v porovnaní s plynom oveľa menej efektívna. V súčasnosti je preto plyn vhodnejšou alternatívou poskytovania kyslíka pre mikroorganizmy na odstraňovanie kontaminantov (Hellekson, 1999).

Metóda je založená na zavádzaní vzduchu do pôdy buď metódou priamej injektáže, alebo cirkuláciou cez vákuový extrakčný systém (obr. 4.1.2). Vháňaný vzduch uľahčuje prchanie niektorých organických kontaminantov a súbežne zaisťuje vhodné prostredie na biodegradáciu menej prchavých látok. Teplota a hodnota pH pôdy môžu významne ovplyvniť priebeh celého procesu. V súčasnosti bol opísaný celý rad variantov tohto procesu, ale základná požiadavka – zaistenie optimálneho prísunu vzduchu a tým aj kyslíka pre degradačné procesy aeróbnej mikroflóry prítomnej v kontaminovanej zemine – je vo všetkých rovnaká. Prísun vzduchu do nenasýtenej zóny sa môže realizovať buď cez horizontálne, alebo vertikálne vrty a v niektorých prípadoch sa môže bioventing kombinovať s vákuovou extrakciou, čo umožňuje zlepšiť kontrolu toku zavádzaného vzduchu (Holubek et al., 2003).

Pasívne bioventingové systémy používajú na prívod kyslíka do podzemia prirodzenú cirkuláciu vzduchu pomocou bioventingových vrtov. Princíp je podobný ako v prípade extrakčných systémov (SVE). Zatiaľ čo SVE odstraňujú kontaminanty primárne využitím ich prchavosti, bioventingové systémy podporujú viac biodegradáciu kontaminantov ako ich prchavosť (vo všeobecnosti sa využíva slabší prúd vzduchu ako pri SVE). Pri aktívnych bioventingových systémoch je cirkulácia vzduchu vyvolaná jeho injektážou alebo extrakciou (vháňanie alebo nasávanie) (Fuentes et al., 2002).

Bioventing je v súčasnosti bežne dostupná metóda v ponuke mnohých komerčných firiem. Bioventing sa začal využívať po roku 1988, keď výskum použitia SVE v Hill Air Force Base v Utahu potvrdil, že podstatné množstvo kontaminantov sa neodstránilo využitím ich prchavosti, ale biodegradáciou (US EPA, 1995a; Litchfield, 1993). Následný výskum bol zameraný na redukovanie prchavosti a maximálne zefektívnenie účinkov biodegradácie. Dôvodom bola možnosť šetrenia finančných nákladov, keďže pri bioventingu nie je potrebné čistenie unikajúcich plynov. Pri využití SVE to predstavuje dôležitú časť nákladov (Leahy a Erickson, 1995; Hellekson, 1999).

 

Obr. 4.1.2. Typický bioventingový systém s využitím extrakcie plynu (US EPA, 1995).

Vysvetlivky: 1– nádrž so živinami (nepovinné, záleží od podmienok na lokalite), 2 – vypúšťanie do atmosféry, 3 – kompresor, 4 –zariadenie na ošetrenie pár (ak je potrebné), 5 – živiny, 6 – prúd vzduchu, 7 – hladina podzemnej vody, 8 – plynná fáza, 9 – adsorbovaná fáza, 10 – rozpustená fáza, 11 – smer prúdenia podzemnej vody

   Výhody a limitácie

Výhody bioventingu je možné zhrnúť nasledovne (US EPA, 1995a; Fuentes et al., 2002):

•      možnosť využitia všeobecne dostupného a ľahko inštalovateľného prístrojového vybavenia,

•      minimálne narušenie miesta aplikácie,

•      cenovo primeraná metóda vyžadujúca na aplikáciu krátky čas,

•      metóda je ľahko kombinovateľná s inými technológiami,

•      nevyžadujú sa náklady na následné čistenie plynov,

•      požaduje sa menší prúd vzduchu ako v prípade SVE.

 

Hlavné nevýhody a obmedzenia použitia metódy vákuovej bioextrakcie sú nasledovné (Fuentes et al., 2002):

•      počiatočná vysoká koncentrácia kontaminantov môže byť pre mikroorganizmy toxická,

•      vysoká viskozita pôdy alebo jej nízka priepustnosť znižuje uplatnenie bioventingu,

•      extrémne nízka viskozita pôdy môže zabraňovať biodegradácii,

•      neumožňuje dosiahnuť veľmi nízke sanačné limity,

•      môže sa použiť iba v pásme prevzdušnenia, a to pri jej minimálnej hrúbke 1,5 m,

•      vyžaduje sa monitoring unikajúcich plynov na povrchu pôdy,

•      pri nízkej vlhkosti pôdy je potrebné jej vlhčenie.

   Trvanie čistenia a účinnosť

Bioventing patrí medzi pomalé sanačné technológie. Rýchlosť závisí od druhu kontaminácie, stupňa zvetrávania horninového prostredia, počiatočnej koncentrácie znečisťujúcich látok, sorpcie na pevné častice horninového prostredia, biologickej rozložiteľnosti a schopností autochtónnej mikrobiálnej populácie (Matějů et al., 2006). Na efektívnu realizáciu metódy sa vyžaduje minimálne 5 mesiacov až niekoľko rokov.

 

© Atlas sanačných metód environmentálnych záťaží

Autori: Jana Frankovská, Jozef Kordík, Igor Slaninka, Ľubomír Jurkovič, Vladimír Greif,

Peter Šottník, Ivan Dananaj, Slavomír Mikita, Katarína Dercová a Vlasta Jánová

Štátny geologický ústav Dionýza Štúra, Bratislava 2010, 360 s,

ISBN    978-80-89343-39-3