Vákuová extrakcia (venting) a aerácia (airsparging)

   Princíp

Vákuová extrakcia (venting, soil venting, soil vapour extraction – SVE, riadené odsávanie pásma prevzdušnenia) je široko používaná sanačná technológia založená na odsávaní vzduchu z kontaminovanej zeminy alebo horninového materiálu. Modifikáciami ventingu sú technológie označované ako bioventing a aerácia (airsparing) (Kubal et al., 2002). Bioventing je samostatne spracovaný v kap. 4.1.1.2.1. Princíp aerácie spočíva vo vháňaní vzduchu pod hladinu podzemnej vody, stripovaní kontaminantov pásma prevzdušnenia a ich následnom odvádzaní prostredníctvom odsávacích vrtov.

   Použiteľnosť

Venting je v súčasnosti bežná metóda aplikovaná komerčnými firmami. Technológia je vhodná na odstraňovanie prchavých a niektorých poloprchavých látok z pásma prevzdušnenia (Fuentes et al., 2002).

Ako základné kritériá hodnotenia použiteľnosti ventingu sa v odbornej literatúre uvádzajú minimálna hodnota Henryho konštanty a parciálny tlak pár kontaminantov. Henryho konštanta by mala byť vyššia ako 0,1 kPa . m³ . mol^–1 a parciálny tlak pár kontaminantov by mal byť vyšší ako 66 Pa pri teplote 25 °C (Matějů et al., 2006).

Bioventingom je možné čistiť horninové prostredie znečistené kontaminantmi, ktoré biodegradujú v aeróbnych podmienkach, napríklad palivá (čiastočne aj gazolín), nechlórované rozpúšťadlá, niektoré pesticídy, ochranné nátery dreva, prchavé zložky a ďalšie organické zlúčeniny.

Technika aerácie sa používa na odstraňovanie prchavých alebo poloprchavých kontaminantov z pásma nasýtenia a pásma prevzdušnenia.

   Základná charakteristika

Ak sa zemina (horninové prostredie) znečistí prchavým kontaminantom, kontaminant sa rozdelí medzi jednotlivé zložky zeminy – predpokladá sa distribúcia kontaminantu medzi plynnou (pôdny vzduch), kvapalnou (podzemná voda) a tuhou zložkou zeminy. Za statických podmienok môžeme túto distribúciu pomerne presne opísať celým radom rovnovážnych parametrov. Najdôležitejšie z nich sú rozpustnosť vo vode, tlak nasýtených pár, Henryho konštanta a sorpcia na tuhých zložkách zeminy. Blízko k statickým podmienkam môže byť systém napríklad pred začiatkom sanácie. Ak statické podmienky zmeníme na dynamické (napr. odsávaním vzduchu z kontaminovanej zeminy), distribúcia kontaminantu sa bude postupne meniť reakciou na úbytok kontaminantu odvádzaného s odsávaným vzduchom. Konečným výsledkom odsávania vzduchu z kontaminovanej zeminy je postupné znižovanie koncentrácie kontaminantu v plynnej, kvapalnej aj tuhej zložke zeminy. Opis dynamických podmienok je výrazne zložitejší, hoci aj pri ňom sa vychádza z ľahko dostupných rovnovážnych parametrov.

Použiteľnosť ventingu primárne závisí od charakteristík zeminy (priepustnosť vzduchu, porozita, textúra, vlhkosť, homogenita) a od vlastností kontaminantu (Henryho konštanta, tlak nasýtených pár, rozpustnosť vo vode, sorpčné a rozdeľovacie konštanty). Sanácia ventingom sa môže realizovať in situ alebo ex situ (Kubal et al., 2002).

Venting in situ (obr. 4.1.11) sa pri tejto sanačnej technike využíva najčastejšie. Na kontaminovanej lokalite sa vyhĺbi systém vertikálnych (menej často horizontálnych – pri plytkej kontaminácii) odsávacích vrtov. Z nich sa odčerpáva vzduch viac alebo menej nasýtený kontaminujúcimi látkami. Odsatý vzduch sa na povrchu čistí tak, aby jeho následné vypúšťanie do atmosféry bolo v súlade s príslušnými limitmi. Bežnými spôsobmi čistenia na povrchu sú sorpcia na aktívnom uhlí (pri nízkom obsahu kontaminantov) a katalytické spaľovanie (pri vysokom obsahu kontaminantov). Vzduch odvádzaný z vrtov prichádza najprv do mechanického odlučovača vlhkosti, ktorého úlohou je ochrániť sorpčný materiál pred zvlhčením alebo zamedziť vstupu vlhkosti do spaľovacej komory. Za odlučovačom vlhkosti býva niekedy umiestnený tepelný výmenník. Jeho úlohou je zabrániť prevádzkovým problémom, ktoré by mohli vzniknúť pri nízkej teplote. Potom sa vzduch privádza do kolóny s aktívnym uhlím (prípadne iným sorbentom) alebo sa katalyticky spaľuje. V prípade aktívneho uhlia sa na výstupe z kolóny periodicky sleduje kvalita vyčisteného vzduchu a tým aj funkčnosť sorbentu. Základnou výhodou oproti sanácii ex situ je možnosť sanácie bez finančne náročného vyťaženia a transportu kontaminovaného materiálu. Základnou nevýhodou v porovnaní so sanáciou ex situ je podstatne horšia možnosť kontroly celého procesu a praktické vylúčenie prípadnej úpravy kontaminovaného materiálu na začiatku procesu (Kubal et al., 2002).

 

Obr. 4. 1.11. Technika ventingu in situ (Kubal et al., 2002).

Vysvetlivky: 1 – pásmo prevzdušnenia, 2 – pásmo nasýtenia, 3 – mobilná analytická stanica, 4 – kompresor, 5 – separátor vody, 6 – tepelný výmenník, 7 – mobilná spaľovacia jednotka, 8 – sorpčná jednotka, 9 – uvoľňovanie plynov do ovzdušia.

 

Pri aerácii je zvyčajný systém aplikačných vrtov na vákuovú extrakciu (ventingových vrtov) doplnený o určitý počet zatláčacích vrtov (obr. 4.1.11). Spracovanie odvádzaného vzduchu na povrchu je potom rovnaké ako pri klasickom ventingu. Technika aerácie je vhodná v prípade lokalít, na ktorých je kontaminácia prchavými alebo poloprchavými látkami rozšírená v pásme prevzdušnenia aj pásme nasýtenia.

Obr. 4.1.12. Aerácia (airsparging) in situ (Kubal et al., 2002).

Vysvetlivky: 1 – pásmo prevzdušnenia, 2 – pásmo nasýtenia, 3 – mobilná analytická stanica, 4 – kompresor, 5 – separátor vody, 6 – tepelný výmenník, 7 – mobilná spaľovacia jednotka, 8 – sorpčná jednotka, 9 – uvoľňovanie plynov do ovzdušia.

   Výhody a limitácie

Pri aplikácii ventingu sa využíva ľahko dostupné a jednoduché technické zariadenie. Metóda si vyžaduje minimálne zásahy do krajiny a finančné nároky zodpovedajú krátkemu času potrebnému na čistenie. Venting je možné ľahko kombinovať s inými postupmi a technológiami. Použitie metódy zvyčajne nevyžaduje dočisťovanie čerpaného alebo samostatne unikajúceho vzduchu. Udržanie požadovaného slabého prúdenia vzduchu nevyžaduje vytváranie veľkého tlaku, ako je typické pre SVE. Výhodou aerácie je jeho aplikovateľnosť v pásme nasýtenia aj pásme prevzdušnenia.

Použiteľnosť ventingu môže byť zásadne obmedzená alebo znížená napríklad v prípade (Kubal et al., 2002):

•      nepriepustných zemín alebo zemín s vysokým obsahom vlhkosti (>50 %),

•      zemín s vysoko premenlivou priepustnosťou,

•      zemín s vysokým obsahom organického podielu alebo extrémne suchých zemín s vysokou sorpčnou kapacitou prchavých organických látok.

Medzi ďalšie nevýhody a obmedzenia ventingu patrí (Kubal et al., 2002):

•      vysoká koncentrácia kontaminantov môže byť toxická pre mikroorganizmy (bioventing),

•      nízka priepustnosť alebo vysoká vlhkosť pôdy môže znižovať účinnosť metódy,

•      problémy využitia pri extrémne nízkom obsahu vody v pôde (bioventing),

•      použiteľnosť iba pri čistení pásma prevzdušnenia (neplatí pre aeráciu),

•      môže sa vyžadovať monitorovanie pôdnej vody a pôdy,

•      nevhodnosť na miestach s hladinou podzemnej vody, ktorá je plytšia ako zhruba 1,5 m.

   Trvanie čistenia a účinnosť

Základné faktory určujúce efektívnosť použitia ventingu pri sanácii environmentálnych záťaží, prípadne jeho modifikácií sú (Kubal et al., 2002):

•      fyzikálno-chemické vlastnosti kontaminantu,

•      priepustnosť vzduchu v znečistenej zemine alebo horninovom materiáli,

•      teplota pôdneho vzduchu,

•      vlhkosť zeminy,

•      koncentrácia znečistenia,

•      heterogenita/homogenita prostredia,

•      prítomnosť puklín a priepustných zón,

•      sorpčná kapacita zeminy,

•      hladina podzemnej vody,

•      správne rozmiestnenie vrtov.

Čas potrebný na sanáciu environmentálnej záťaže použitím uvedenej metódy je obyčajne 1 až 3 roky. Vzhľadom na trvanie sanácie sa metóda zaraďuje medzi stredno- až dlhotrvajúce metódy (FRTR, 2008).

 

© 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