Striping vo vrte
Princíp
Striping (air stripping) je sanačná metóda, ktorá sa v súčasnosti považuje za najlepšiu dostupnú technológiu na odstraňovanie väčšiny prchavých organických látok z kontaminovanej podzemnej vody (US EPA, 2001a). Môže sa realizovať in situ aj ex situ. Technológia je založená na fyzikálnom procese, pri ktorom prchavé látky rozpustené vo vode prechádzajú (resp. sú vylúčené) z vodnej fázy do plynnej. Tento proces v dôsledku zväčšenia merného povrchu kontaminovanej vody na styku s plynom prebieha intenzívnejšie a dosahuje sa buď rozstrekovaním vody do kvapiek, alebo prebublávaním vody bublinkami plynu. Ako plynné médium sa používa predovšetkým atmosférický vzduch. Ak sa napríklad na vylúčenie menej prchavých látok požaduje vyššia teplota, alternatívne sa používa aj vodná para.
Striping priamo vo vrte je modifikáciu metódy aerácie. Do pásma nasýtenia sa dopravuje vzduch vháňaním do sanačného vrtu, pričom z toho istého vrtu sa vzduch po prechode podzemnou vodou aj odsáva. Odpadá teda fáza čerpania podzemnej vody. V podzemnej vode prebieha obdobné prevzdušňovanie ako v stripovacích kolónach. Prchavé organické látky rozpustené vo vode sa naviažu na bublinky vzduchu a unikajú do atmosférického vzduchu vo vrte, z ktorého sa potom kontaminant ľahko separuje na vzduchových filtroch (Miller a Roote, 1997).
Použiteľnosť
Striping sa dá použiť na separáciu anorganických (radón, sulfán, oxid uhličitý, amoniakálny dusík a ďalšie plyny rozpustné vo vode ) aj organických prchavých alebo poloprchavých látok alebo plynov rozpustených vo vode, ako sú napr. benzén, toluén, etylbenzén, xylény (BTEX), alifatické chlórované uhľovodíky – predovšetkým perchlóretylén (PCE), trichlóretylén (TCE), dichlóretylény (DCE), vinylchlorid a chlóretán, ropné uhľovodíky – benzín, čiastočne motorová nafta – a ďalšie prchavé organické látky (FRTR, 2008). Metóda sa využíva okrem sanácie ekologických záťaží aj vo vodárenstve a pri úprave odpadových vôd. Vhodná je najmä na aplikáciu v medzizrnovom, čo najviac homogénnom prostredí (piesky, štrkopiesky, štrky), a to bez ohľadu na výdatnosť podzemnej vody.
Základná charakteristika
Striping pozostáva z privedenia kontaminovanej podzemnej vody do stripovacieho zariadenia, separácie prchavej znečisťujúcej látky od kvapalného média prevzdušňovaním, odvedenia vyčistenej vody a zachytenia vlastnej znečisťujúcej látky na filtroch s aktívnym uhlím alebo jeho okamžitej likvidácie napríklad katalytickou oxidáciou alebo biofiltráciou (Marks et al., 1994).
Stripovacie zariadenie sprostredkúva intenzívny kontakt medzi kvapalinou a plynom. To stimuluje prchavé látky, aby prešli z kvapaliny do plynu. Existuje veľké množstvo stripovacích zariadení a môžu byť modifikované aj pridávaním rozličných aditív do stripovacích vrtov, napr. s cieľom podporiť biodegradačné procesy (živiny, elektrónové akceptory, chemikálie umožňujúce stabilizáciu rozpustených kovov in situ a iné).
Do vrtu s výstrojom a s perforáciou do rozmedzia hladín podzemnej vody sa zapustí prevzdušňovacia rúrka zakončená aerátorom (husto perforovaný valec alebo sústava vzduchových dýz), situovaným 30 až 50 cm nad dnom vrtu (tesne nad úrovňou kalníka). Okrem prevzdušňovacieho zariadenia sa do vrtu zapustí pevná rúrka, pomocou ktorej je možné merať hladinu podzemnej vody aj v priebehu prevzdušňovania. Schéma usporiadania vrtu na striping je uvedená na obr. 4.2.29.
Obr. 4.2.29. Schéma možného usporiadania vrtu pre striping (podľa Millera a Rootea, 1997).
Vysvetlivky: 1 – pásmo prevzdušnenia, 2 – pásmo nasýtenia, 3 – bentonitové tesnenie, 4 – obeh podzemnej vody, 5 – perforácia, 6 – hladina podzemnej vody v pokoji, 7 – pracovná hladina podzemnej vody, 8 – stripovacia zóna, 9 – injektáž, 10 – cementový uzáver, 11 – negatívny tlak, 12 – obsyp, 13 – výstup vzduchu, 14 – filter s aktívnym uhlím, 15 – kompresor, 16 – prívod vonkajšieho vzduchu, 17 – monitorovacie vrty, 18 – kapilárna zóna.
Každé z uvedených zariadení je na záhlaví vrtu opatrené vlastným výstupom. Okrem toho je tam umiestnený výstup na odsávanie vzduchu a na meranie celkového pretlaku alebo podtlaku vo vrte. Na praktické odstraňovanie chlórovaných uhľovodíkov je vhodné, ak je do vrtu okrem aerátora zapustené aj čerpadlo. V prípade potreby to umožňuje okamžitý prechod z režimu prevzdušňovania na klasické sanačné čerpanie. Môže sa tak docieliť pulzné sanačné čerpanie v kombinácii s prevzdušňovaním. Výrazne to zvyšuje efektivitu odstraňovania chlórovaných uhľovodíkov z podzemnej vody (Miller a Roote, 1997).
Prevzdušňovanie vo vrte sa robí vháňaním atmosférického vzduchu do vrtu pod tlakom pomocou reverznej vývevy. Aplikovaný tlak mierne prevyšuje tlak vodného stĺpca v úrovni zapustenia aerátora. Vzduch s kontaminantom potom uniká do vzduchového stĺpca nad hladinou podzemnej vody a zo záhlavia sa odsáva vývevou v štandardnom usporiadaní. Je nutné, aby odsávané množstvo vzduchu bolo zhodné alebo nepatrne väčšie ako množstvo vtláčaného vzduchu (kvôli zabráneniu tlakovým deformáciám v zemine a zefektívneniu dekontaminácie).
Výhody a limitácie
Použitie metódy striping vo vrte je výhodné v takých podmienkach, kde je obťažné alebo nemožné využitie technológiu aerácie, a to buď pre slabú priepustnosť horninového prostredia, sťaženú priestorovú dispozíciu, alebo neadekvátne finančné náklady. Na druhej strane, ide o modifikáciu s veľmi malým plošným dosahom, vhodnú iba na likvidáciu maloplošných až bodových ohnísk znečistenia. Jej samostatné využitie je dosť obmedzené, je však vhodná na zlepšenie účinnosti sanačných prác v kombinácii s ďalšími sanačnými technológiami. Hlavné výhody technológie (Miller a Roote, 1997):
• na realizáciu systému postačuje jednoduchý vrt (nevyžadujú sa napr. ďalšie infiltračné vrty),
• možnosť kontinuálneho odstraňovania prchavých organických látok z podzemných vôd bez čerpania vody na povrch (nie je potrebné ďalšie narábanie s kontaminovanou vodou na povrchu, príp. jej dodatočné dočisťovanie a/alebo ukladanie či vypúšťanie),
• kontaminované prchavé látky sa ľahšie a ekonomickejšie odstraňujú a dočisťujú na povrchu ako kontaminované vody,
• nízke prevádzkové a udržiavacie náklady,
• možnosť recirkulácie pomocných chemikálií na podporu sanácie podzemných vôd (surfaktanty, katalyzátory atď.),
• systém pozostáva len z jednoduchých komponentov/zariadení.
Hlavné limitácie technológie je možné zhrnúť takto (FRTR, 2008; Miller a Roote, 1997):
• kolmatácia zariadenia anorganickými zlúčeninami (pri koncentrácii Ca viac ako 40 mg . l–1, Mg viac ako 10 mg . l–1, Fe viac ako 0,3 mg . l–1 a Mn viac ako 0,05 mg . l–1) alebo biologickými usadeninami – vyžaduje predchádzajúcu úpravu vody alebo časté čistenie kolóny,
• metóda je efektívna iba v prípade vôd kontaminovaných prchavými alebo poloprchavými anorganickými a organickými látkami s Henryho konštantou vyššou ako 0,1 kPa . m–3 . mol–1 (0,01 atm . m–3 . mol–1),
• zložky s nízkou prchavosťou môžu pri normálnej teplote vzduchu vyžadovať predhriatie podzemnej vody alebo použitie predhriateho plynu (vodnej pary, dymových plynov),
• vysoké energetické náklady, najmä pri nízkej koncentrácii znečisťujúcich látok,
• obťažná aplikácia na lokalitách s plošne rozsiahlou kontamináciou (pretože sa nevytvára depresný kužeľ, docieli sa odstránenie kontaminantu iba v tesnom okolí vrtu),
• obťažné až nemožné použitie v puklinovom prostredí (s výnimkou bodových ohnísk kontaminácie viazaných na križovanie puklín),
• vháňaný vzduch môže negatívne ovplyvniť migráciu kontaminantu do okolitých objektov,
• nehodí sa pre lokality so zmiešaným znečistením,
• v plytkých zvodniach je limitovaný priestor na reinfiltráciu/recirkuláciu.
Trvanie čistenia a účinnosť
Dekontamináciu s využitím stripingu vo vrte je možné jednorazovo dosiahnuť vo veľmi krátkom čase (už v horizonte týždňov), obvykle však v priebehu niekoľkých mesiacov, a to v závislosti od geologických a hydrogeologických podmienok, koncentrácie kontaminantov, Henryho konštanty znečisťujúcich látok, polomeru dosahu kontaminácie a iných faktorov. Na lokalitách s nerovnomerným rozložením zvyškovej kontaminácie je však vysoká pravdepodobnosť opätovného nárastu koncentrácie znečisťujúcej látky v sanovaných objektoch (v niektorých prípadoch až s dlhším časovým odstupom), a preto je v mnohých prípadoch nutná opakovaná aplikácia.
Hlavnou položkou pri prevádzke stripovacích zariadení je cena elektrickej energie potrebnej pre čerpadlá a ventilátory. Je potrebné uvažovať aj s nákladmi na manipuláciu a čistenie stripovacích zariadení, ktoré sú výrazne vyššie pri vertikálnych prevzdušňovačoch.
Prehľad trvania sanácie a účinnosti metódy pre tri najpoužívanejšie systémy je spracovaný v tab. 4.2.17.
|
Typ systému |
Typ zeminy |
Aktívne trvanie sanácie (v mesiacoch) |
Iniciálna koncentrácia kontaminantu |
Finálna koncentrácia kontaminantu |
Redukcia znečistenia |
|
NoVOCsTM |
jemný piesok s prímesou ílu |
2 |
TPH: 10 200 μg . l–1 |
TPH: 3 000 μg . l–1 |
71 % |
|
piesčitý prach/jemný piesok |
4 |
TCE: 50 – 310 μg . l–1 |
TCE: 4 – 251 μg . l–1 |
priemer: 63 % maximum: 93 % | |
|
jemno- až strednozrnný piesok |
18 |
TCE: 2 140 – 3 650 μg . l–1 |
TCE: 80 – 385 μg . l–1 |
priemer: 91 % maximum: 98 % | |
|
Unterdruck-Verdampfer-Brunnen (UVB) |
prach, piesok s malou prímesou ílov |
18 |
TCE: 940 μg . l–1 |
TCE: 150 μg . l–1 |
84 % |
|
prach, piesok s malou prímesou ílov |
18 |
TCE: 1 000 μg . l–1 |
TCE: 270 μg . l–1 |
73 % | |
|
prach a prachovitý jemnozrnný piesok |
18 |
TCE: 400 μg . l–1 |
TCE: 45 μg . l–1 |
89 % | |
|
Density Driven Convection (DDC) |
piesok a štrk |
20 |
TPH: 30 mg . l–1 benzén: 0,049 mg . l–1 |
TPH: 15 mg . l–1 benzén: 0,008 mg . l–1 |
TPH: 50 % benzén: 84 % |
|
piesok a prach |
6 |
TPH: 0,56 mg . l–1 benzén: 0,34 mg . l–1 |
TPH: <0,02 mg . l–1 benzén: <0,002 mg . l–1 |
TPH: >96 % benzén: >99 % | |
|
íl |
22 |
TPH: 110 mg . l–1 benzén: 0,055 mg . l–1 |
TPH: <0,02 mg . l–1 benzén: <0,002 mg . l–1 |
TPH: >99 % benzén: >96 % |
© 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