Kombinácia sanačných metód (integrované sanačné technológie)
Väčšina sanačných technológií a postupov založených na rôznych princípoch (fyzikálnych, chemických, biologických) je zvyčajne vhodná na využitie v určitom koncentračnom rozpätí znečisťujúcich látok a za určitých podmienok na lokalite. Všeobecne platí, že pri vysokej koncentrácii znečisťujúcich látok sú výhodnejšie fyzikálne a fyzikálno-chemické metódy a naopak, pri nižšej koncentrácii znečisťujúcich látok je vhodnejšie uplatnenie chemických a biologických metód. Z uvedeného rozdelenia sanačných metód vyplýva, že využitie rôznych metód súčasne alebo následne za sebou môže v určitých prípadoch podstatne zlepšiť účinnosť sanačného zákroku, znížiť náklady na dosiahnutie sanačných limitov a urýchliť priebeh sanácie. V sanačnej praxi sa zistilo, že aplikovanie len jednej sanačnej metódy na sanáciu celej znečistenej oblasti je v mnohých prípadoch problematické. Hlavným dôvodom je prítomnosť rôznych druhov znečisťujúcich látok (organických a/alebo anorganických) v prostredí. Výrazný vplyv na priebeh sanácie majú aj prírodné pomery na danej lokalite a veľa ďalších faktorov (Maxted a Kirkland, 2002).
Z uvedených dôvodov je v mnohých prípadoch výhodné využitie tzv. integrovaných sanačných technológií (IST), ktoré sú kombináciou viacerých sanačných metód a systémov v jednom projekte. Predstavujú jednu z možností inovačného prístupu k sanáciám starých aj nových environmentálnych záťaží. Integrované metódy sa môžu aplikovať súčasne alebo častejšie následne za sebou (Roote, 2003). Ak sa do komplexného sanačného systému zaradia inovačné technológie, je možné celý sanačný integrovaný systém považovať za inovačný (Hughes et al., 1996). Kombináciou sanačných metód a technológií je možné vytvoriť veľké množstvo IST a navrhnúť ich podľa konkrétnych podmienok na lokalite, prítomných znečisťujúcich látok a ďalších dôležitých parametrov.
Cieľom IST je najmä zvýšenie účinnosti sanácie, skrátenie jej trvania a zníženie finančných nákladov spojených so sanáciou. Vhodná kombinácia sanačných postupov zvyčajne vedie k rýchlejšiemu dosiahnutiu sanačných limitov (sanácia pri využití len jednej sanačnej metódy môže v mnohých prípadoch trvať až niekoľko desiatok rokov, prípadne sanačné limity sa vôbec nemusia dosiahnuť).
IST napríklad vo vzťahu k používaným sanačným technológiám a postupom je možné rozdeliť takto (Roote, 2003):
• anaeróbno-aeróbna biosanácia,
• kombinácia fyzikálno-chemických a biologických postupov,
• kombinácia fyzikálnych a/alebo chemických postupov.
Aplikovanie rôznych sanačných metód súbežne je výhodné napríklad pri realizácii sanačných metód ex situ. Aplikovanie sanačných postupov za sebou je obzvlášť výhodné pri kontaminácii zmesou znečisťujúcich látok. V týchto prípadoch sa môže jedna skupina znečisťujúcich látok eliminovať alebo transformovať na začiatku sanácie. Nasledujúca technológia môže odstrániť ďalšiu skupinu znečisťujúcich látok alebo trasformačných produktov. Iný prístup vychádza z toho, že prvá použitá technológia je vhodná na elimináciu znečisťujúcich látok z ohniska znečistenia, kde sú tieto látky vo vysokej koncentrácii. Po znížení koncentrácie je možné aplikovať ďalšie metódy na dočistenie zvyškovej koncentrácie (Matějů et al., 2006).
V ďalšej časti sú uvedené vybrané príklady použitia IST. Detailnejšia charakteristika jednotlivých sanačných metód a postupov, ktoré sú súčasťou IST, je uvedená v kapitole 4 Profily sanačných metód. Príklady IST realizované na Slovensku sú uvedené v kapitole 5 Príklady využitia sanačných metód.
Anaeróbno-aeróbna biosanácia nachádza uplatnenie v prípadoch, ak sú niektoré znečisťujúce látky biologicky degradovateľné len v redukčných podmienkach a iné, naopak, len v oxidačných podmienkach. Napríklad perchlóretylén (PCE) je biologicky degradovateľný iba v redukčných podmienkach. V anaeróbnych podmienkach sa PCE biotransformuje na inú látku, ktorá je v aeróbnych podmienkach degradovateľná rýchlejšie. V takom prípade je v horninovom prostredí výhodné po určitom čase upraviť podmienky z redukčných na oxidačné, aby sa urýchlil biologický rozklad. Vo všeobecnosti sa okrem PCE postupné striedanie anaeróbnych a aeróbnych podmienok využíva na biosanáciu znečistenia spôsobeného napr. hexachlórcyklohexánom, tetrachlórmetánom, trichlórmetánom, tetrabrómobisfenolom a trinitrotoluénom (Picken a Parkin, 1998; Ronen a Abeliowich, 2000; Langenhoff et al., 2002). V laboratórnych podmienkach bol tento postup aplikovaný pri eliminácii polychlórovaných bifenylov (Klasson a Abramowicz, 1996). Použitie postupu je limitované vo výrazne heterogénnom horninovom prostredí (problém so zmenou oxidačných a redukčných podmienok v celej požadovanej oblasti) a v málo priepustnom prostredí (trvanie biosanácie sa výrazne predlžuje). Anaeróbna fáza môže trvať 2 až 6 mesiacov. V prípade niektorých ťažšie transformovateľných látok (PCB, TNT) môže trvať až jeden rok (Master et al., 2002). Celkový čas sanácie pri striedaní anaeróbnej a aeróbnej biosanácie môže trvať od jedného roka do niekoľkých rokov, podľa druhu znečisťujúcej látky a konkrétnych podmienok na lokalite (Matějů et al., 2006).
Kombinácia fyzikálno-chemických a biologických metód sa okrem sanácií in situ veľmi často využíva pri čistení vyťažených znečistených materiálov on site, napríklad kalov z lagún, dnových sedimentov, ropných kalov vznikajúcich pri ťažbe ropy a pod. (Matějů et al., 2006). Podľa konkrétnej situácie na lokalite sa volí napríklad redukcia vysokej koncentrácie znečisťujúcej látky vymytím povrchovo aktívnou látkou (PAL) v kombinácii so sanačným čerpaním. Po znížení koncentrácie znečisťujúcej látky sa môže použiť biologické dočisťovanie. Pri nižšej počiatočnej koncentrácii znečisťujúcej látky v podzemnej vode bez výskytu voľnej fázy je možné ako prvý sanačný krok použiť biosanáciu. Po znížení koncentrácie znečisťujúcej látky sa v následnom kroku môžu pretrvávajúce bodové ohniská znečistenia eliminovať napríklad využitím chemickej oxidácie a v poslednej fáze je možné použiť biologické dočisťovanie. Okrem uvedených kombinácií existuje celý rad ďalších alternatív aplikácie biologických a chemických metód. Tento spôsob sanácie aplikovateľný v rôznych prostrediach (kaly, sedimenty, pôda, podzemná voda) je možné realizovať v prípade rozličných zmesí organických aj anorganických znečisťujúcich látok. Limitácie využitia kombinácie chemických a biologických metód sú dané obmedzeniami jednotlivých sanačných technológií a postupov využitých v IST. Trvanie sanácie závisí od použitých technológií, druhu čistených materiálov, typu a koncentrácie znečisťujúcich látok a od stanovených sanačných limitov. Medzi fyzikálno-chemické postupy, ktoré sa môžu použiť v kombinácii s biologickými postupmi alebo v ich následnosti, patria: vyplavovanie a extrakcia, elektrochemické metódy, stabilizácia a spevňovanie.
Kombinácia fyzikálnych a/alebo chemických metód
Niektoré spojenia sanačných technológií a postupov našli široké uplatnenie v praxi a využívajú sa už dlhý čas. Napríklad aerácia sa často kombinuje s odsávaním pôdneho vzduchu a adsorpciou znečisťujúcich látok na aktívnom uhlí alebo spaľovaním. Do tohto integrovaného systému sa môže zaradiť aj sanačné čerpanie, prípadne niektoré ďalšie technológie vhodné v konkrétnych podmienkach na lokalite. Podobne sa sanačné čerpanie bežne kombinuje s gravitačným oddeľovaním, adsorpciou alebo absorpciou, biologickým čistením v bioreaktore a ďalšími separačnými technológiami podľa druhu znečisťujúcich látok.
V zahraničí je rozšíreným variantom IST aktívna sanácia ohniska znečistenia rôznymi technologickými postupmi [napríklad aerácia a odsávanie (extrakcia) pôdneho vzduchu, sanačné čerpanie a striping alebo gravitačné odlučovanie a pod.]. Po znížení koncentrácie znečisťujúcich látok na hodnoty, pri ktorých uvedené klasické sanačné technológie už strácajú účinnosť, je výhodné využiť biologické sanačné technológie, ktoré sú vhodné na elimináciu zvyškového znečistenia. Iným variantom tohto prístupu môže byť na niektorých lokalitách podporovaná atenuácia (Matějů et al., 2006). Viac členené IST realizované takýmto spôsobom môžu podstatne znížiť náklady najmä v dočisťovacej fáze sanácie. Tento postup sa dá dobre použiť napríklad na lokalitách, kde je podzemná voda znečistená chlórovanými etylénmi (v prvej fáze je veľmi účinná a ekonomická metóda sanačné čerpanie v kombinácii so stripingom a v ďalšom priebehu pri dočisťovaní sú to rôzne alternatívne sanačné postupy, napríklad podporovaná biosanácia alebo podporovaná atenuácia, ktoré sú pri vzniknutej situácii výhodnejšie nielen z technologického hľadiska, ale aj z ekonomického hľadiska).
V praxi je možné napríklad využitie kombinácie rôznych metód a postupov v závislosti od potreby podporiť biologickú aktivitu v systéme alebo prchavosť látok. Niektoré príklady kombinácie metód tepelnej podpory s inými sanačnými technológiami a postupmi sú uvedené na obr. 3.2.1 (Motsch et al., 2002).
Obr. 3.2.1. Možnosť kombinácie metód tepelnej podpory s inými sanačnými postupmi aplikovanými v znečistenej oblasti (Motsch et al., 2002 – upravené).
Literatúra
AFCEE, 1999a: Natural attenuation of fuel hydrocarbons, performance and cost results from multiple air force demonstration sites. Air Force Center for Environmental Excellence, Technology Demonstration Summary Report, AFCEE, Technology Transfer Division, Brooks Air Force Base, TX 78235.
AFCEE, 1999b: Natural attenuation of chlorinated solvents, performance and cost results from multiple air force demonstration sites. Air Force Center for Environmental Excellence Technology Demonstration Summary Report, AFCEE, Technology Transfer Division, Brooks Air Force Base, TX 78235.
Bowman, R. S., 2002. Applications of Surfactant-Modified Zeolites to Environmental Remediation. In: Micropor. Mesopor. Mater., č. 61, s. 43 – 56.
Demnerová, K., 2003: Bioremediační technologie k odstranění polychlorovaných bifenylů ze životního prostředí. In: Holoubek, I. (koordinátor, projekt manager), Adamec, V., Bartoš, M., Černá, M., Čupr, P., Bláha, K., Demnerová, K., Drápal, J., Hajšlová, J., Holoubková, I., Jech, L., Klánová, J., Kocourek, V., Kohoutek, J., Kužílek, V., Machálek, P., Matějů, V., Matoušek, J., Matoušek, M., Mejstřík, V., Novák, J., Ocelka, T., Pekárek, V., Petira, K., Provazník, O., Punčochář, M., Rieder, M., Ruprich, J., Sáňka, M., Tomaniová, M., Vácha, R., Volka, K. a Zbíral, J., 2003: Úvodní národní inventura persistentních organických polutantů v České republice. Projekt GF/CEH/01/003: Enabling activities to facilitate early action on the implementation of the Stockholm convention on persistent organic pollutants (POPs) in the Czech Republic. Brno, TOCOEN, v zastoupení Konsorcia RECETOX – TOCOEN & Associates, TOCOEN Report No. 249, Brno.
Dercová, K., 2004a: Biodegradácia a bioremediačné technológie (1. časť). In: Odpady, č. 4, s. 16 – 19.
Dercová, K., 2004b: Biodegradácia a bioremediačné technológie (2. časť). In: Odpady, č. 5, s. 8 – 11.
FRTR (Federal Remediation Technologies Roundtable), 2008: Remediation technologies screening matrix and reference guide. Federal Remediation Technologies Roundtable, version 4.0.
Horáková, D., 2006: Bioremediace. Brno, Masarykova Univerzita, Přírodovědecká fakulta, Ústav experimentální biologie, 83 s.
Hughes, B. M., Ho, S. V., Athmer, C. J., Sheridan, P. W., Shoemaker, S. H., Larson, J. R., Clausen, J. L. a Zutman, J. L., 1996: Development of an integrated in situ remediation technology. Monsanto, June 1996.
ICSCS, 2006: Manual for biological remediation techniques. International Centre for Soil and Contaminated Sites ICSCS Desau, Germany.
Klasson, K. T. a Abramowitz, D. A., 1996: Biodegradation of PCBs in soil using sequentíal anaerobic-aerobic reactions. Bioremediation of PCBs: CRADA Final Report ORNL/TM-13242, Oak Ridge National Laboratory, Remediation Technology Group, Oak Ridge TN.
Krupka, K. M. a Martin, W. J., 2001: Subsurface contaminant focus area: Monitored natural attenuation (MNA) – programmatic, technical, and regulatory issues. Washington, D. C., US Department of Energy, 138 s.
Langenhoff, A. A. M., Staps, J. J. M., Pijls, C., Alphenaar, A., Zwiep, G. a Rijnaarts, H. H. M., 2002: Intrinsic and stimulated in situ biodegradation of hexachlorocyclohexane (HCH). Water, Air and Soil Pollution. In: Focus, č. 2. s. 171 – 181.
Marks, P. J., Wujcik, W. J. a Loncar, A. F., 1994: Remediation technologies screening matrix and reference guide, 2nd edition. West Chester, PA, DOD Environmental Technology Transfer Committee, Roy F. Weston, 461 s.
Masciangioli, T. a Zhang, W. X., 2003: Environmental Technologies at the Nanoscale. In: Environ. Sci. Technol., roč. 37, č. 5, s. 102 – 108.
Master, E. R., Lai, V. W. M., Knipers, B., Cullen, W. R. a Mohn, W. W., 2002: Sequentíal anaerobic-aerobic treatment of soil contaminated with weathered Aroclor 1260. In: Environ. Sci. Technol., roč. 36, č. 1, s. 100 – 103.
Matějů, V. (ed.), 2006: Kompendium sanačních technologií. 1. vyd. Chrudim, Vodní zdroje Ekomonitor, 241 s.
Maxted, M. a Kírkland, M. C., 2002: Soil and water treatment, Chapter 22.
Motsch, Ch., Schug, B., Bärlin, M., Kirchholtes, H. J. a Ertel, T., 2002: Integrated concept for groundwater remediation. In situ remediation techniques. Results of the evaluation of suitable technologies and combination of technologies, UW-Umweltwirtschaft GmbH, Stuttgart.
NNI (National Nanotechnology Initiative): What Is Nanotechnology? Dostupné na http://www.nano.gov.
Oleszczuk, P., 2009: Advantages and risk related with carbon nanomaterials (CNMs) application for water remediation. Mini review. In: Ann. Univ. M. C. Skłodowska (Lublin – Polonia), roč. LXIV, č. 9.
Picken, H. D. a Parkin, G. F., 1998: Sequentíal anaerobic/aerobic transformation of carbon tetrachloride, perchloroethylen, and 1,1,1-trichloroethane. Proceedings of the 12th Annual Conference on Hazardous Waste Research, Kansas City Airport Hilton, Kansas City, Missouri, May 19 – 22, 1997.
Ronen, Z. a Abeliowich, A., 2000: Anaerobic-aerobic process for microbial degradation of tetrabromobispbenol A. In: Appl. Environ. Microbiol., roč. 66, č. 6, s. 2 372 – 2 377.
Roote, D. S., 2003: Technology status report: Treatment trains for remediation of soil and groundwater. Ground Water Remediation Technologies Analysis Center, CTC Document No. 021409.
Song, W., Li, G.,. Grassian, V. H. a Larsen S. C., 2005: Development of Improved Materials for Environmental Applications: Nanocrystalline NaY Zeolites In: Environ. Sci. Technol., roč. 39, č. 5. s. 1 214 – 1 220.
US EPA, 1999: Use of monitored natural attenuation at superfund. RCRA Corrective Action, and Underground Storage Tank Sites, Office of Solid Waste and Emergency Response, Directive No. 9200.47-17P.
US EPA, 2000: Innovative remediatíon technologies: Field-scale demonstration projects in North America, 2nd Edition Year 2000 Report. Office of Solid Waste and Emergency Response (5102G), EPA 542-B-00-004. 137 s.
US EPA, 2001: Road map to understanding innovative technology options for brownfields investigation and cleanup, Third Edition. Office of Solid Waste and Emergency Response (5102G), EPA 542-B-01-001.
US EPA, 2004: Treatment technologies for site cleanup. Annual status report (Eleventh edition). Office of Solid Waste and Emergency Response (5102G), EPA-542-R-03-009.
US EPA, 2007: Science Policy Council. Nanotechnology White Paper. U.S. Environmental Protection Agency.
US EPA, 2008: Nanotechnology for Site Remediation. Fact Sheet. U.S. Environmental Protection Agency, 17 s.