Rozvoľňovanie horninového prostredia
Princíp
Rozvoľňovanie horninového prostredia je technológia s cieľom zväčšenia a zvýšenie počtu trhlín, diskontinuít a puklín v horninovom prostredí antropogénnym zásahom. Táto technológia nie je priamou sanačnou metódou, ale používa sa na zvýšenie účinnosti iných sanačných technológií in situ, najmä vákuovej extrakcie (ventingu) a biosanačných metód, ale aj pri chemickej oxidácii a pri aplikácii nanočastíc (Watlington, 2005) pri sanácii environmentálnych záťaží. Princíp metódy spočíva v rozvoľňovaní horninového prostredia zväčšením existujúcich puklín a trhlín alebo vytvorením nových, najmä v horizontálnom smere. Používa sa v horninovom prostredí s nízkym koeficientom priepustnosti, ktoré neumožňuje dostatočné prúdenie vzduchu alebo pohyb kvapaliny, ktoré sa požadujú pri rôznych biosanáciách alebo uplatňovaní fyzikálnych a chemických metód.
Použiteľnosť
Metóda sa používa na miestach s nepriepustným horninovým prostredím. Používa sa najmä v jemnozrnných zeminách (íly a silty), premenených sedimentárnych horninách (napríklad bridlice) a v pevnom skalnom podloží. Technológia sa využíva najmä pri veľkom rozsahu znečisťujúcich látok bez špecifického určenia (FRTR, 2008). Týka sa to najmä horninového prostredia znečisteného anorganickými látkami (kovmi), ale aj chlórovanými uhľovodíkmi, prchavými organickými látkami, fenolmi, PCB, palivami, pesticídmi a ďalšími organickými znečisťujúcimi látkami. Metóda je menej vhodná pri znečistení rádionuklidmi. Dôležitý je podrobný prieskum geologických a hydrogeologických podmienok znečisteného horninového prostredia na stanovenie priepustnosti a diskontinuít horninového prostredia (Alfaro a Wong, 2001).
Základná charakteristika
Metódy rozvoľňovania hornín (Fuentes et al., 2002):
• Pneumatické rozvoľňovanie. V znečistenom území sa zhotovia vŕtané studne. Do malej časti horninového prostredia, obyčajne s priemerom 0,6 m, sa v krátkych intervaloch (asi 20 sekúnd) vháňa stlačený vzduch. V okolí každej studne takýmto spôsobom vznikne porušenie s malým priemerom. Schéma metódy je uvedená na obr. 4.1.8.
• Rozvoľňovanie trhacími prácami (torpédovanie). Používa sa na miestach s puklinovo priepustným horninovým prostredím. Na znečistenom území sa vyvŕtajú vrty, ktoré sa naplnia výbušninami, a ich detonácia/výbuch spôsobí vznik nových puklín/diskontinuít.
• Hydraulické rozvoľňovanie. Injektáž vody pod tlakom na zvýšenie priepustnosti zemín. Pukliny sa naplnia pórovitou suspenziou, ktorá sa skladá z piesku a polyméru. Piesok pomáha udržať pukliny otvorené. Tekutina sa vypumpuje/vyčerpá z puklín a zanecháva priepustné podpovrchové kanáliky. Schéma metódy je uvedená na obr. 4.1.9.
Obr. 4.1.8. Schéma pneumatického rozvoľňovania horninového prostredia.
Vysvetlivky: 1 – injektovanie stlačeného vzduchu (vody), 2 – zóna rozvoľňovaného horninového prostredia vzduchom (vodou) pod vysokým tlakom.
Obr. 4.1.9. Schéma hydraulického rozvoľňovania horninového prostredia.
Vysvetlivky: 1 – prívod tlaku (5), 2 – zdroj stlačeného vzduchu (8), 3 – zóna rozvoľňovaného horninového prostredia (10), 4 – rozvoľňovací vrt (9).
Výhody a limitácie
Výhody použitia metódy je možné zhrnúť nasledovne (Schuring, 2002):
• metóda je podporná a zvyšuje účinnosť iných sanačných metód,
• metóda je aplikovateľná pri širokom okruhu kontaminantov v nízko priepustných a nepriepustných jemnozrnných zeminách a uľahnutých hrubozrnných zeminách,
• používa sa v akomkoľvek prostredí so zeminami alebo skalnými horninami, ktoré sa dajú rozrušiť, najmä silty, íly, bridlice a skalné podložie,
• možnosť dosiahnutia znečistenia vo veľkej hĺbke v horninovom prostredí, kde by bolo nákladné alebo technologicky náročné použiť priamo sanačné metódy in situ (sprístupnia sa len tie časti horninového prostredia, v ktorých by bolo sanačné metódy problematické aplikovať),
• množstvo studní alebo vrtov potrebných na určitú sanačnú metódu sa môže pri aplikovaní tejto metódy znížiť a tým sa šetrí čas a náklady na sanáciu,
• znižuje sa heterogenita horninového prostredia.
Nevýhody/limitácie použitia metódy sú nasledovné (U. EPA, 1995e; Schuring, 2002):
• môžu sa vytvoriť nové cesty na nežiaduce úniky a šírenie znečisťujúcich látok,
• konečné umiestnenie nových trhlín a puklín nie je kontrolovateľné,
• metóda sa nedá použiť v oblastiach s vysokou seizmicitou,
• okolité stavby a zariadenia sa musia monitorovať a musí sa posúdiť ich stabilita.
Trvanie čistenia a účinnosť
Čas potrebný na aplikáciu postupu rozrušovania štruktúry horninového prostredia závisí od charakteristiky horninového prostredia, rozsahu a hĺbky znečisteného územia, druhu a množstva kontaminantov a sanačnej metódy. Pred použitím metódy je potrebné uskutočniť laboratórne skúšky zemín a skalných hornín (stanoviť najmä koeficient filtrácie), terénny prieskum a odporúčajú sa aj pilotné skúšky rozrušovania. Čas potrebný na realizáciu samotnej metódy je veľmi krátky, od niekoľko dní do niekoľko mesiacov, obyčajne menej ako 6 mesiacov (Fuentes et al., 2002). Efektivita a úspešnosť tejto sanačnej metódy sa hodnotí v závislosti od dosiahnutej zvýšenej priepustnosti horninového prostredia, ktorá sa môže zvýšiť rádovo v 10-násobkoch.
Celkové náklady ovplyvňuje charakter horninového prostredia, rozsah a hĺbka znečisteného územia. Hlavné náklady tvoria vrtné práce, náklady na zariadenie na vyvolanie tlaku a v prípade blízkosti budov a iných stavieb aj náklady na ich geotechnický monitoring (posúdenie ich stability). Dôležitá je aj koordinácia s následnou sanačnou metódou (Fuentes et al., 2002).
© 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