Bioslurping

   Princíp

Bioslurping je dynamická moderná technológia, pri ktorej sa uplatňuje vákuová extrakcia (kvapalín aj plynov) a bioventing tak, aby sa mohla súčasne odstraňovať voľná fáza a sanovať aj pásmo prevzdušnenia (termín bioslurping prvýkrát použil Miller (1996a). Na rozdiel od ostatných sanačných technológií odstraňujúcich voľnú fázu, bioslurping čistí dve separátne geologické médiá súčasne. Systém bioslurping odstraňuje voľnú fázu a výpary znečisťujúcej látky zachytené v pôde (pôdny vzduch) v jednom procesnom prúde (cyklicky). Podzemná voda sa oddelí od voľnej fázy, dočistí (ak je to potrebné) a vypustí sa. Voľná fáza sa môže recyklovať. Extrakcia plynov (výparov) zabezpečuje aeráciu pásma prevzdušnenia a zvyšuje tak obsah kyslíka, a teda aj rozsah aeróbnej biodegradácie, pričom mikroorganizmy metabolizujúce uhľovodíky produkujú neškodnú vodu a CO₂ (US AFCEE, 1997). Výpary sa dočisťujú (ak je to potrebné) a vypúšťajú.

   Použiteľnosť

Technológia sa používa na čistenie kontaminovanej zeminy v pásme prevzdušnenia a odstraňovanie voľnej fázy znečisťujúcej látky z povrchu hladiny podzemnej vody. Metóda našla uplatnenie pri sanáciách kontaminácií spôsobených nerozpustnými organickými látkami, ktoré sú ľahšie ako voda: benzín, motorová nafta, letecké palivo a iné ropné uhľovodíky (napr. Gidarakos a Aivalioti, 2007). Technológia bola využitá aj na lokalitách s hĺbkou hladiny podzemnej vody väčšou ako 10 m.

Využitie bioslurpingu je typické v týchto prípadoch (Miller, 1996a):

•      pri odstraňovaní voľnej fázy z hladiny podzemnej vody v jemne alebo stredne zrnitých sedimentoch,

•      pri potrebe intenzívnejšieho odstraňovania uhľovodíkov z formácií, kde ich zadržiava negatívny tlak v póroch (uhľovodíky sú síce prítomné vo formácii, ale nie sú schopné voľne sa pohybovať smerom k vrtu),

•      pri biodegradácii uhľovodíkov v pásme prevzdušnenia a kapilárnej zóne nad vrstvou voľnej organickej fázy,

•      v prvých fázach sanačných projektov, v konečnej fáze doplnený o ďalšie technológie.

   Základná charakteristika

V najjednoduchšej forme systém bioslurping pozostáva z jedného alebo viac vrtov, odsávacej trubky umiestnenej blízko hydrostatickej hladiny podzemnej vody, vákuovej pumpy schopnej extrahovať plyny a kvapaliny, systému separácie a čistenia a systému akumulácie a merania pre uhľovodíky, vodu a plyny. Kvôli optimalizácii systému sa zhotovujú rôzne projektové varianty: tesnenie medzi rúrkou a vrtom môže byť vo vrte vyššie alebo nižšie, aby sa znížilo riziko prepúšťania (US AFCEE, 1997).

Hlavnou úlohou bioslurpingu je aktivovať in situ biodegradáciu uhľovodíkov (NFESC, 2003). To je viac efektívne pre látky so stredným až nízkym bodom varu, pretože ľahšie frakcie sa odstránia z pôdy vďaka evaporácii. Odsávanie vzduchu z pôdy vytvára podtlak, ktorý indukuje prúdenie vzduchu smerom ku kontaminovaným zónam (Place et al., 2003). Transport kyslíka touto metódou je efektívny a rýchly dokonca aj vtedy, ak pôdy majú nízku priepustnosť alebo veľká časť kapilár je vyplnená vodou. Pokiaľ je to potrebné, hĺbka odsávacej rúrky sa dá nastavovať ručne.

Druhou úlohou bioslurpingu je odstránenie uhľovodíkov z hladiny podzemnej vody. Výsledkom vytvoreného vákua je to, že sanácia nie je limitovaná iba na uhľovodíky, ktoré sa pohybujú voľne k vrtu. Vďaka vákuu bude migrovať smerom k vrtu aj významná časť kapilárne viazaných uhľovodíkov. Zatiaľ čo vytvorenie podtlaku by zdvihlo hladinu podzemnej vody, ako je to v prípade projektov zameraných na pôdnu vákuovú extrakciu, pri použití bioslurpingu sa tomu zamedzuje tým, že nadbytočné kvapaliny sa odčerpávajú. Výsledkom je ustálená hladina podzemnej vody zabezpečujúca nerušený pohyb uhľovodíkov horizontálne v zóne ich vysokej saturácie. Schéma usporiadania bioslurpingového systému je uvedená na obr. 4.2.8.

 

Obr. 4.2.8. Schéma usporiadania systému bioslurping (US AFCEE, 1997 – upravené).

Vysvetlivky: 1 – obsyp, 2 – perforácia, 3 – hladina voľnej fázy uhľovodíkov, 4 – odsávacie potrubie, 5 – bentonitové tesnenie, 6 – paženie, 7 – zapažnicová cementácia, 8 – tesniaca hlava (uzáver vrtu), 9 – výstup vzduchu, 10 – čistička vzduchu, 11 – vákuové zariadenie (pumpa), 12 – oddeľovacia nádrž (uhľovodíky/voda), 13 – výstup uhľovodíkov, 14 – čistička vody, 15 – výstup vody, 16 – povrch terénu, 17 – aeróbna biodegradácia, 18 – bioventing, 19 – pohyb uhľovodíkov smerom k vrtu.

 

Pred spracovaním sanačného projektu systému bioslurping sa odporúča realizácia pilotného testu. Jeho výsledkom by malo byť predovšetkým zistenie ekonomickej výhodnosti aplikovania metódy v záujmovej lokalite. Pokiaľ sa vlastnosti prostredia alebo charakter kontaminácie priestorovo významne menia, je potrebné realizovať testy vo viacerých vrtoch tak, aby sa získali objektívne výsledky na posúdenie vhodnosti metódy (NFESC, 1996). Výsledky pilotného testu sú základom spracovania sanačného projektu, rozmiestnenia hydrogeologických objektov a odhadu dĺžky sanácie. Pred navrhnutím systému je potrebné preveriť alebo realizovať najmä (Miller, 1996a):

•      analýzu LNAPL na BTEX a distribúciu bodu varu uhľovodíkov,

•      štruktúru, pórovitosť, vlhkosť, obsah BTEX a TPH v pôde,

•      test priepustnosti prostredia pre plyny, aby sa určil polomer vplyvu extrakčného vrtu,

•      respiračný test in situ na určenie biodegradačných pomerov.

V rámci monitorovania systému je dôležité sledovať (Miller, 1996a):

•      objem a zloženie odstraňovaných kvapalín a plynov,

•      zloženie kvapalín a plynov zostávajúcich v pôde v rôznej hĺbke,

•      úroveň podtlaku vo vrtoch a pôde v blízkosti vrtov,

•      hladinu podzemnej vody v sanovanej oblasti a v jej okolí.

Ďalšími faktormi, ktoré je vhodné sledovať, sú aj prípadný nedostatok živín, dodržiavanie koncentračných limitov vypúšťaných vôd a plynov z čistiacich systémov a zanášanie vrtov, odlučovačov a filtrov v celom systéme.

   Výhody a limitácie

Výhody bioslurpingu je možné zhrnúť do týchto bodov (napr. Marks et al., 1994; Miller, 1996a):

•      zníženie pomeru čerpanej podzemnej vody k odstránenému množstvu kontaminantu v porovnaní s ostatnými sanačnými metódami môže viesť k zníženiu nákladov na projekt vzhľadom na minimalizáciu nákladov na akumuláciu, čistenie a vypúšťanie,

•      aj znížením množstva odsávaného pôdneho vzduchu je možné dosiahnuť zníženie nákladov tým, že koncentrácia výparov sa udrží pod predpísanými limitmi a je možné ich priame vypúšťanie bez čistenia,

•      pretože koncentrácia kontaminantu je vyššia väčšinou v plynnej fáze ako vo vodnej fáze, je možné, že podzemné vody čerpané v priebehu bioslurpingu spĺňajú predpísané limity na priame vypúšťanie do kanalizačného systému,

•      fluktuácia hladiny podzemnej vody a vertikálny prienik kontaminantu do hĺbky sa minimalizuje, pretože voľná fáza sa pohybuje horizontálne smerom k vrtom systému bioslurping,

•      odstránenie zvyškových uhľovodíkov vo vadóznej zóne (zachytených v malých póroch) sa urýchľuje vákuom vznikajúcim v priebehu bioslurpingu,

•      systém bioslurpingu môže byť projektovaný tak, aby obmedzoval migráciu kontaminačného mraku pomocou hydraulickej kontroly,

•      bioslurpingové vrty je možné v prípade potreby modifikovať na odstraňovanie kontaminácie pod hladinou podzemnej vody (odvodňovanie),

•      bioslurpingový systém sa môže ľahko zmeniť na štandardný bioventing nasledujúci po odstránení voľnej organickej fázy a sanácii podzemnej vody,

•      veľa komponentov bioslurpingového systému je umiestnených pod zemou, preto v priebehu sanácie je možný lepší prístup na lokalitu,

•      zvýšené množstvo odstránenej voľné fázy, najmä v stredno- a jemnozrnných, ale aj hrubozrnných sedimentoch.

Nevýhody a limitácie bioslurpingu sa dajú zhrnúť takto (Miller, 1996a):

•      vysoká rýchlosť čerpania je príčinou tvorby emulzií (zo znečisťujúcich látok a podzemnej vody), a to obzvlášť vtedy, keď súčasťou čerpaných kvapalín je nafta. Riešením tohto problému je zaradenie separácie alebo deemulzifikačnej jednotky pred samotné čerpanie,

•      v priebehu sanácie môže nastať kolmatácia perforovanej časti výstroja vrtu (v silne aerovanom prostredí sa zvyšuje počet baktérií),

•      bioslurping nie je vhodný na dočisťovanie zvyškovej kontaminácie v pásme nasýtenia,

•      na niektorých lokalitách môže dochádzať k odsávaniu väčšieho množstva podzemnej vody, čo zvyšuje náklady na oddeľovanie fáz,

•      vo vysoko priepustných lokalitách môžu nastať problémy s vytvorením potrebného podtlaku (vákua),

•      v počiatočných fázach je hlavným mechanizmom znižujúcim množstvo kontaminantu iba odstraňovanie voľnej organickej fázy, pretože biodegradácia uhľovodíkov je oneskorená v dôsledku nízkej koncentrácie vody v zóne s najväčšou saturáciou uhľovodíkmi. Je možné, že po odstránení mobilných uhľovodíkov bude potrebné použiť iné sanačné mechanizmy,

•      pri bioslurpingu sa vytvárajú emisie a odpadové vody, ktoré vo väčšine prípadov je nutné čistiť v prídavnom systéme.

   Trvanie čistenia a účinnosť

Podľa dosiahnutých výsledkov v praxi je možné trvanie sanácie odhadnúť v rozmedzí 6 až 24 mesiacov. Trvanie sanácie závisí od počiatočnej a konečnej koncentrácie znečisťujúcej látky, typu znečisťujúcej látky, vlastností horninového prostredia, stanovených sanačných limitov a niektorých ďalších parametrov. Na základe ekonomického hodnotenia by prevádzka bioslurpingu nemala presiahnuť 24 mesiacov, pretože po tomto čase sa stáva ekonomicky nevýhodnou metódou (NFESC, 1996; NFESC, 1998; NFESC, 2003).

Trvanie vákuovej extrakcie závisí od množstva čerpanej kvapaliny vo vrte. Hneď ako sa odstráni voľná fáza, systém bioslurpingu sa jednoducho premení na klasický systém bioventingu a dokončí sa sanácia vadóznej zóny. Tento systém teda bez následnej modifikácie technológie neumožňuje dočistenie pásma nasýtenia po odstránení voľnej fázy produktu z hladiny podzemnej vody (NFESC, 1996; NFESC, 1998).

Hoci je možné bioslurping zaradiť k nízkorozpočtovým technológiám, úspešnosť v praxi závisí od predchádzajúceho prieskumu špecifík lokality, vhodne zvoleného projektu a jeho správnej realizácie. Tým sa predíde ťažkostiam spojeným so špecifikami lokality, akými sú napríklad výskyt formácií s nízkou, resp. duálnou pórovitosťou, nehomogenita pôdneho a horninového prostredia či limitovaný prístup k povrchu, ako aj technickým problémom pozostávajúcim zo separácie kvapaliny a čistenia plynov, emulzií a odpadovej vody.

 

© 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