Vertikálne bariéry
Vertikálne bariéry predstavujú vo všeobecnosti lineárne prvky v horninovom prostredí situované tak, aby v ňom zamedzovali alebo usmerňovali transport kontaminantov. Rozdelenie vertikálnych bariér podľa rôznych hľadísk je uvedené v tab. 4.2.12.
Tab. 4.2.12. Rozdelenie vertikálnych bariér (podľa Matějů – ed., 2006).
|
Hľadisko |
Druh bariéry |
|
pôdorysná poloha |
uzavretá – okolo ložiska znečistenia; otvorená – napríklad v tvare „U“ alebo „L“ a pod. |
|
pozícia v zvislom reze |
úplná – zapustená do nepriepustného podložia; neúplná – „ponorná stena“ proti plávajúcemu znečisteniu |
|
čas využiteľnosti |
dočasná – určený počet rokov; trvalá – bez určenia času |
|
funkcia (účel) |
nepriepustná; tesniaca – bráni prietoku vody a znečistenia; separačná – oddeľuje susediace geosystémy znečistenia; drenážna – regulovane odvádza tok vody; hydraulická – systém čerpacích/vsakovacích vrtov; priepustná reaktívna – obsahuje reaktívne médium na dekontamináciu pretekajúcej vody |
Jednotlivé typy bariér sú v ďalšom texte charakterizované najmä z pohľadu ich funkcie. Hydraulické bariéry sú bližšie charakterizované v časti venovanej sanačnému čerpaniu.
Nepriepustné (tesniace, separačné) bariéry
Princíp
Nepriepustné (tesniace, separačné) bariéry neodstraňujú znečistenie, ale pasívne separujú a obmedzujú kontaminanty v pásme nasýtenia alebo pásme prevzdušnenia alebo až zamedzujú ich prirodzenému pohybu, a to najmä v horizontálnom smere (Genske, 2003).
Použiteľnosť
Nepriepustné bariéry sa používajú ako tesniace alebo separačné prvky, ktoré umožňujú rýchlo a podstatne redukovať riziko akéhokoľvek znečistenia najmä v prípadoch, keď sú ostatné sanačné metódy neefektívne. Najčastejšie sa aplikujú v súvislosti s ohrozením kvality podzemnej vody.
Vhodným usporiadaním a orientáciou nepriepustných bariér oproti smeru prúdenia podzemnej vody sa dá kontrolovať alebo zamedziť transport kontaminantov z kontaminovanej oblasti do okolia (priemyselný areál, skládka odpadu, odkalisko a pod.) alebo ochrániť (izolovať) dôležitú oblasť (napr. vodný zdroj, povrchový tok, jazero a pod.) pred jej možnou kontamináciou (Anderson a Mesa, 2006).
V prípade prítomnosti blízkeho nepriepustného podložia (asi do 20 m) sa dá v kombinácii s vertikálnymi bariérami kontaminovaná oblasť celkom uzavrieť (enkapsulácia). Umožňuje to zabrániť únikom kontaminantov aj vo vertikálnom smere. Tento spôsob sa často využíva pri imobilizácii ložísk znečistenia, napr. pri izolovaní starých skládok odpadu situovaných vo zvodnenom prostredí (Ryan, 1987).
Dočasným alebo čiastočným izolovaním znečistenia sa vytvárajú podmienky na lepšiu kontrolu a účinnosť jeho sanovania inými metódami, alebo sa dá získať čas na vývoj účinnejšej sanačnej techniky. Napríklad, ak je v dosahu hladiny podzemnej vody prítomná voľná fáza a nedá sa efektívne sanovať čerpaním (mení sa obsah rozpúšťaných látok a v dôsledku aplikovania hydraulických metód hrozí prienik kontaminantov ďalej od zdroja znečistenia) alebo vyťažením materiálu (ložisko znečistenia je hlboko), je vhodné najskôr kontaminovanú oblasť izolovať a až následne čerpať (Delleur, 2007).
Praktické príklady a opis potrebných činností spojených so zhotovovaním nepriepustných bariér sú prehľadne uvedené v literatúre (napr. US EPA, 1998a; Anonym, 2007a). Zhodnotenie použiteľnosti rozličných zmesí na zhotovenie podzemných stien v oblastiach kontaminovaných DNAPL je zhrnuté napr. v práci Jazdaniana et al. (2004).
Základná charakteristika
Existuje viacero typov podzemných tesniacich (nepriepustných) prvkov, ktoré sa delia najmä podľa aplikovanej technológie a použitého materiálu (tab. 4.2.13). Príklady a opisy viacerých podzemných tesniacich (nepriepustných) systémov sú uvedené v mnohých prácach (napr. US EPA, 1998a; Ryan, 1987; Némethyová et al., 2000).
V praxi by mal byť výber tesniacich prvkov podmienený geologickými (najmä hydrogeologickými) podmienkami a charakterom kontaminácie na lokalite (Danĕk, 2003). Je potrebné zabezpečiť, aby bariéra mala menší koeficient priepustnosti ako okolité prostredie, aby bola súvisle nepriepustná a aby nepodliehala deštrukciám pri kontakte s chemickými látkami rozpustenými vo vode (US EPA, 1998b). Zhotovenie a navrhovanie jednotlivých typov bariér sa viaže na overené geotechnické postupy a zásady, ktoré sú uvedené aj v príslušných normách: STN EN 1997-1; STN EN 1538; STN EN 12715; STN EN 12716; STN EN 12063.
|
Typ (názov) |
Spôsob vyhotovenia |
Materiál |
Kf (m . s–1) |
Hrúbka (mm) |
Hĺbka (m) |
Využiteľnosť |
Použitie |
Obmedzenie použitia |
|
podzemná tesniaca stena (PTS) |
ťažba drapákom (jednofázovo) |
samotuhnúca suspenzia |
10–8 – 10–10 |
600 – 1 200 |
40 |
trvalé |
univerzálne |
vysoko agresívne prostredie, rašelina |
|
rýpadlom (kontinuálne) |
600 – 2 000 |
15 | ||||||
|
hydrofrézou (dvojfázovo) |
plastický betón |
600 – 1 500 |
130 | |||||
|
geomembrána (kompozitná PTS) |
zaťažená v ryhe (kontinuálne) |
HDPE (Geolock, 2009) |
10–12 – 10–13 |
1,5 – 2 |
4 – 6 |
dočasné |
extrémne znečistenie a plyny |
riziko malého založenia a následného podtekania |
|
uložená v PTS vo vertikálnych pásoch (jedno- alebo dvojfázovo) |
HDPE + samotuhnúca suspenzia |
2 – 3 |
30 |
trvalé |
dôležitý vplyv spojovacích zámkov | |||
|
tenká tesniaca stena |
vibračne prerazená, s injekčnou výplňou |
samotuhnúca suspenzia |
10–8 – 10–9 |
100 – 150 |
20 |
dočasné |
pomocné (napr. ponorné steny) |
malá hrúbka |
|
štetovnicová stena |
baranenie alebo vibrovanie |
oceľ, plast (Geoflex, 2009) |
10–7 – 10–8 |
6 – 15 |
15 |
dočasné |
dočasné (napr. výkopy) |
početné škáry medzi štetovnicami |
|
premiešavanie zeminy |
premiešavanie zmesi so zeminou in situ vrtákmi alebo frézou |
zemina so samotuhnúcou suspenziou |
10–8 – 10–9 |
600 – 1 000 |
20 – 30 |
dočasné (trvalé) |
špeciálne prípady |
len pre vhodné zeminy (piesčité), prímes pôvodnej zeminy (nehomogenita) |
|
injekčná clona |
impregnačná injektáž a tlaková výplň pórov a medzier |
injekčná zmes v póroch a puklinách hornín |
10–7 – 10–8 |
800 – 2 000 a viac |
100 (aj viac) |
dočasné (trvalé) |
špeciálne prípady |
nutnosť predĺžiť dráhy presakovania zväčšením hrúbky |
|
prúdová injektáž |
jednoradová p. i. |
injekčná zmes s prímesou zeminy |
10–8 – 10–9 |
600 – 1000 |
30 (aj viac) |
dočasné |
špeciálne prípady (v mieste inžinierskych sietí a pod.) |
pri výskyte štrkov s obliakmi vznik medzier, prímes pôvodnej zeminy (nehomogenita), v skalnej hornine nie je možná |
|
dvojradová p. i. |
1 000 – 2 000 |
30 |
trvalé | |||||
|
usmernená p. i. |
200 |
30 |
dočasné |
Výhody a limitácie
Výhody PTS sú takéto (US EPA, 1998a):
• umožňujú rýchlo a podstatne redukovať riziko znečistenia bez potreby ďalších sanačných zásahov do horninového prostredia a nakladania s kontaminovanou podzemnou vodou alebo zeminou;
• dlhodobá životnosť s nízkymi nárokmi na energiu a obsluhu;
• možnosť izolovať akékoľvek kontaminanty v akomkoľvek geologickom prostredí;
• možnosť aplikovania aj v zastavanom území; neskôr je možné použiť ich ako konštrukciu na budovanie objektov, resp. ako izolovanú oblasť na ukladanie odpadu;
• veľké množstvo skúseností s ich aplikovaním pri sanáciách, ale predovšetkým v stavebníctve.
Zásadné limitácie nepriepustných bariér (US EPA, 1998a):
• geologické pomery – ak je nepriepustné podložie vo väčšej hĺbke, než je možné dosiahnuť jednotlivými technológiami;
• niektoré metódy zhotovovania podzemných stien vyžadujú pomerne homogénne prostredie;
• inštalovaním nepriepustných bariér v blízkosti iných zdrojov znečistenia sa tieto zdroje vplyvom vzdutia hladiny podzemnej vody môžu aktivovať a ohrozovať kvalitu prírodného prostredia;
• väčšina prístupov si vyžaduje veľké množstvo ťažkej konštrukcie;
• tesniace prvky sa časom môžu degradovať alebo poškodiť; pri dlhodobej prítomnosti bariéry v agresívnom prostredí sa uplatňujú procesy difúzie a adsorpcie a s tým môže byť spojený únik znečistenia mimo izolovanej kontaminovanej oblasti;
• v prípade funkcie bariéry na usmerňovanie migrácie kontaminantov nie sú žiaduce výrazné a časté zmeny prúdenia podzemnej vody;
• po uzavretí ložiska znečistenia nepriepustnou bariérou sa v jeho okolí môže dlhodobo vyskytovať zvyškové znečistenie a ovplyvňovať výsledky účinnosti bariéry (je to spôsobené tzv. hydraulickým tieňom, ktorý vzniká pri prúdení podzemnej vody v okolí vytvorenej nepriepustnej bariéry).
Trvanie čistenia a účinnosť
Podľa druhu použitej technológie a podľa veľkosti plochy steny je potrebné počítať s časom zhotovenia až niekoľko mesiacov. Pri optimálnych podmienkach je možné zhotoviť od 500 do 2 500 m2 podzemných stien denne. Účinnosť závisí od aplikovanej technológie, kvality a zloženia použitého materiálu, komplikovanosti, resp. homogénnosti geologických pomerov na lokalite a odbornosti pri inštalovaní technológie (Burke, 2007).
Cena za zhotovenie nepriepustnej bariéry závisí od viacerých faktorov, najmä od použitej technológie a ceny materiálu, veľkosti znečistenia, hĺbky nepriepustného podložia, potreby monitoringu a náročnosti systému na zneškodňovanie výluhov alebo plynov (US EPA, 1998b).
V porovnaní s inými sanačnými metódami je zhotovenie nepriepustných bariér pomerne finančne nákladné, ale napriek tomu je v niektorých prípadoch výhodné (rýchle a dlhodobé redukovanie rizika ohrozenia prostredia kontaminantmi, ďalšie sanačné zásahy a náklady na prevádzkovanie po inštalovaní nepriepustnej bariéry zvyčajne nie sú potrebné).
Drenážne bariéry
Princíp a základná charakteristika
Vytvorením drenážnej ryhy alebo podzemnej steny sa v rámci kontaminovanej oblasti alebo v jej blízkosti vytvorí gradient na migrovanie kontaminantov smerom k tejto zóne, t. j. zabraňuje sa ďalšiemu rozširovaniu kontaminácie v smere prúdenia podzemnej vody. Takýmto spôsobom vznikajú lepšie podmienky na extrakciu kontaminantov v kvapalnej alebo plynnej fáze z kolektorov v znečistenom prostredí. Súčasťou drenážnych bariér je obyčajne aj systém čerpacích studní. Hĺbka drénu závisí od použitej technológie jej zhotovenia. Obyčajne sa robí do hĺbky zhruba 20 m. Konkrétne pokyny na zhotovenie drenážnej bariéry je možné nájsť v STN EN 15237 (731024) z r. 2007 Vykonávanie špeciálnych geotechnických prác, Zvislé odvodňovanie.
Použiteľnosť
Drenážne bariéry sa využívajú na zachytenie a usmernenie kontaminovanej podzemnej vody, presakovania, prípadne pôdnych plynov do lineárnej zóny. Uplatňujú sa najmä vo zvodnenom prostredí s hladinou podzemnej vody blízko pri povrchu. Metóda je vhodná aj v prípadoch, ak sú na hladine podzemnej vody prítomné kontaminanty tvoriace voľnú fázu. Systém drenážnych bariér umožňuje priečnym prerezaním viacerých rôznorodých geologických vrstiev ich vzájomné hydraulické prepojenie do jednej zóny a zachytenie inak ťažko zistiteľných preferenčných ciest presakovania.
Výhody a limitácie
Výhody drenážnych bariér:
• sústredením kontaminantov z kontaminovanej oblasti do jednej zóny sa vytvoria vhodnejšie podmienky na ich následné zneškodnenie ďalšími sanačnými metódami,
• široké možnosti použitia (bežne sa aplikujú v stavebníctve),
• množstvo praktických skúseností.
Nevhodné prírodné pomery môžu spôsobovať tieto limitácie použitia drenážnych bariér:
• v silne nestabilnom horninovom prostredí hrozí riziko zavalenia ryhy,
• drén sa môže vplyvom zanášania unášanými sedimentmi a vyzrážaním niektorých látok kolmatovať a tým sa znižuje jeho účinnosť,
• v strmom teréne alebo v prípade napätej hladiny podzemnej vody hrozí preliatie drénu v spodnej časti.
Trvanie čistenia a účinnosť
Trvanie čistenia a účinnosť drenážnej bariéry závisí od priepustnosti kolektorov a od charakteru kontaminácie.
Náklady na zhotovenie drenážnych bariér v porovnaní so sanačným čerpaním sú pomerne nízke. Okrem vybudovania drenážnej bariéry je však zvyčajne potrebné pripočítať náklady na dodatočné zneškodňovanie drénovanej kontaminovanej vody.
Reaktívne bariéry
Princíp
Princíp reaktívnych bariér funguje ako pasívna priepustná čistiaca clona, cez ktorú prestupuje kontaminovaná voda. V dôsledku jej interakcií s vhodne zvoleným médiom nastáva redukcia znečistenia. Uplatnením reaktívnych bariér sa nečistí samotné ložisko znečistenia, ale sa len redukuje jeho vplyv na širšie okolie.
Použiteľnosť
Metódu je vhodné uplatniť najmä pri potrebe redukovania znečistenia, ktoré sa šíri rozpustené vo vode vo forme kontaminačného mraku. V praxi sa aplikuje aj na lokalitách, kde nie je potrebné akútne a rýchle zneškodnenie zdroja znečistenia, ale len dlhodobejšie tlmenie jeho vplyvu na okolie. Uplatnenie má aj na miestach, kde je ekonomicky výhodnejšie dlhodobo zmierňovať možné vplyvy zo zdroja znečistenia a kde zneškodnenie konvenčnými sanačnými metódami by bolo finančne veľmi náročné.
Reaktívne bariéry je vhodnejšie aplikovať pri dekontaminácii vysoko nebezpečných látok s nižšou koncentráciou (napr. arzén alebo vinylchlorid) ako pri dekontaminácii veľkého množstva menej nebezpečných látok (napr. sírany alebo dusičnany) (PEREBAR, 2000; US EPA, 2008).
Kombináciou viacerých typov reaktívnych bariér za sebou sa dajú redukovať aj zmesi kontaminantov (Bastiaens et al., 2005; Robinson et al., 2006).
Reaktívne bariéry je možné situovať tak, aby sa zabránilo migrácii kontaminantov zo zdroja znečistenia, alebo sa umiestnia pred oblasť, ktorú je potrebné pred znečistením ochrániť (zdroje pitnej vody, povrchový tok) (ITRC, 2005). Metóda sa dá použiť samostatne alebo v kombinácii s inými sanačnými technológiami, napr. s prirodzenou atenuáciou alebo podporovanou biodegradáciou (za bariérou v mieste výtoku vody z bariéry alebo pred bariérou pri potrebe odstránenia ložiska kontaminácie) alebo premývaním kontaminovaného pásma prevzdušnenia. Konkrétne príklady aplikovania reaktívnych bariér, prehľadne rozpracované podľa typov kontaminantov, sú uvedené v literatúre (napr. US EPA, 1999b; US EPA, 2002a). Príklady základných reaktívnych materiálov podľa ITRC (2005) sú zhrnuté v tab. 4.2.14.
V dostupnej literatúre existuje pomerne veľké množstvo odborných sprievodcov uvádzajúcich optimálne spôsoby aplikovania reaktívnych bariér v súvislosti s prieskumom, testovaním interakcií kontaminantov s bariérou, modelovaním hydraulických a hydrogeochemických podmienok, navrhovaním riešení zhotovenia, situovania a inštalácie bariér, monitorovaním a vyhodnocovaním efektivity funkčnosti metódy a príklady z praxe: Bowles, 1997; Warner et al., 1998; US EPA, 1998a; US EPA, 1999b; Gavaskar et al., 2000; Carey et al., 2002; US EPA, 2002a; Paul et al., 2003.
Tab. 4.2.14. Príklady reaktívnych materiálov používaných v reaktívnych bariérach (ITRC, 2005).
|
Mechanizmus úpravy kontaminantu |
Príklady reaktívnych materiálov |
Príklady upraviteľných kontaminantov |
|
redukčná dechlorácia organických zlúčenín podporená kovom |
nulavalentné kovy (Fe) (Korte, 2001) |
chlórované etylény, etány, metány, propány, chlórované pesticídy, freóny, nitrobenzén |
|
redukcia kovov podporená kovom |
nulavalentné kovy (Fe), troska, oxidy železa |
Cr, U, As, Tc, Pb, Cd, Mo, U, Hg, P, Se, Ni |
|
sorpcia a iónová výmena |
nulavalentné železo, granulované aktívne uhlie, apatit (a príbuzné materiály), kostné uhlie, zeolity, rašelina, humát |
chlórované rozpúšťadlá (niektoré), BTEX, Sr-90, Tc-99, U, Mo |
|
kontrola pH |
vápenec, nulavalentné Fe |
Cr, Mo, U, kyslá voda |
|
úprava redoxných podmienok in situ |
ditioničitan sodný, polysulfid vápenatý |
Cr, chlórované etylény |
|
podpora biodegradácie (zahŕňa zdroje uhlíka, kyslíka a vodíka) (Veselá et al., 2003; Veselá et al., 2006) |
zahŕňa pevné, kvapalné a plynné zdroje: kyslík uvoľňujúci zlúčeniny, sacharidy, mliečnan, nulavalentné železo, kompost, rašelina, piliny, octan, humát |
chlórované etylény a etány, dusičnany, sírany, chloristan, Cr, MTBE, polyaromatické uhľovodíky |
Základná charakteristika
Príklad použitia priepustnej reaktívnej bariéry je uvedený na obr. 4.2.21. Čistiaca clona je umiestnená obyčajne v tesnej blízkosti zdroja kontaminácie kolmo na smer prúdenia podzemnej vody, ktorá je médiom transportu kontaminantov. Zároveň je potrebné bariéru situovať tak, aby sa využili hydrogeologické podmienky prostredia na prenos kontaminantov podzemnou vodou k bariére. V prípade potreby je možné podzemnú vodu usmerniť napr. systémom nepriepustných bariér (Starr a Cherry, 1994). Čistiacu clonu tvorí reaktívny materiál, ktorý podľa vlastností použitého materiálu rozkladá, sorbuje, zráža alebo inak odstraňuje kontaminanty. Reaktívny materiál je podmienený charakterom znečistenia, ktoré minimalizuje (zneškodňuje). Materiál má určitú životnosť a po určitom čase (obyčajne niekoľko rokov) je potrebné ho vymeniť, aby sa dosiahli efektívne sanačné výsledky (Birke et al., 2003). Schopnosť odstraňovania jednotlivých kontaminantov závisí od vhodného reaktívneho materiálu.
Vysvetlivky: 1 – terén, 2 – hladina podzemnej vody, 3 – smer prúdenia podzemnej vody, 4 – kontaminačný mrak, 5 – vyčistená voda, 6 – priepustná reaktívna bariéra, 7 – zdroj znečistenia.
Výber vhodného reaktívneho materiálu závisí od mnohých faktorov, ako sú: stabilita a trvácnosť reaktívneho materiálu, dostupnosť a cena, hydraulické parametre, bezpečnosť pre životné prostredie či technika inštalovania bariéry (Gavaskar et al., 2000; Simon a Meggyes, 2000).
Vývoj v oblasti reaktívnych materiálov je v súčasnosti veľmi progresívny. Zameriava sa na zvyšovanie efektivity uvedených procesov, ale takisto vznikajú aj nové materiály. Niektoré príklady sú uvedené v literatúre (napr. Skinner a Schutte, 2006; Ahmad et al., 2007; Vaishya et al., 2007; He et al., 2008; Reddy et al., 2008).
Reaktívny materiál v rámci reaktívnej steny sa môže inštalovať jednorazovo bez možnosti výmeny, ale na dlhodobejšiu prevádzku sú potrebné výmenné kazety (Šráček et al., 2002). Bariéra môže byť aj bez výplne – otvorená ryha s vystuženými stenami, kde sa dá nastaviť určitý čistiaci režim pomocou rôznych podporných prostriedkov, ako sú napr. stripovanie vzduchom, podpora biodegradácie a pod. (Jirasko, 2004).
Optimálne podmienky na inštaláciu reaktívnych bariér sú v priepustnom prostredí s ustáleným prúdením podzemnej vody a v prítomnosti málo priepustných hornín v podloží kolektora (kf < 10–8 m . s–1). Z pohľadu aplikovania reaktívnych bariér sú veľmi dôležité poznatky o konkrétnych hydrogeologických pomeroch na lokalite a vývoji režimových zmien z dlhodobejšieho pohľadu (US EPA, 1998a).
Existujú viaceré spôsoby inštalovania systémov reaktívnych bariér, ktoré optimálne zohľadňujú hydrogeologické podmienky na lokalite, rozptyl kontaminácie na lokalite a cenu samotného reaktívneho materiálu (US EPA, 1998b; Jirasko, 2004). V praxi je možné najčastejšie sa stretnúť s dvoma základnými typmi bariér (obr. 4.2.22):
• plne prietočná reaktívna stena (continuous wall) – umožňuje prietok kontaminačného mraku v celej šírke steny,
• čiastočne prietočná reaktívna stena (funnel-and-gate system) – skladá sa z nepriepustných stien, ktoré usmerňujú tok kontaminantu do jedného alebo viacerých centrálnych priepustných okien vyplnených reaktívnym materiálom.
Obr. 4.2.22. Plne prietočná reaktívna stena a čiastočne prietočná reaktívna stena (US EPA, 1998a).
Vysvetlivky: 1 – priepustná reaktívna bariéra, 2 – kontaminačný mrak, 3 – smer prúdenia podzemnej vody, 4 – priepustné reaktívne okno, 5 – čiastočne priepustná reaktívna stena, 6 – nepriepustná stena.
V prípade, že podzemná voda je kontaminovaná látkami ľahšími ako voda, tzv. LNAPL (Light Non-Aqueous Phase Liquid), t. j. látkami plávajúcimi na hladine, je možné použiť zavesenú reaktívnu stenu (Vaníček, 2002). Tento variant je vhodná iba v prípade plne prietočnej reaktívnej steny a vyžaduje veľmi presné podklady o hydrogeológii a správaní kontaminantu.
Kvôli optimalizovanému fungovaniu bariér je vhodné disponovať hydrogeologickým modelom, ktorý dobre reflektuje na podmienky lokality (ITRC, 2005). Dôležité sú aj laboratórne testy charakterizujúce interakcie reaktívneho materiálu s kontaminovanou vodou a prípadné geochemické modelovanie, ktorým sa určí možnosť a efektivita prebiehajúcich procesov (Warner et al., 2004).
Na základe informácií získaných z prieskumu a modelovania je potrebné navrhnúť efektívny a finančne výhodný systém reaktívnych bariér (výber miesta, reaktívneho materiálu, technológie inštalovania bariéry, reprezentatívneho monitoringu, ktorý nenarušuje hydraulické podmienky na lokalite a pod.).
Výhody a limitácie
K hlavným výhodám reaktívnych bariér je možné zaradiť (viaceré zdroje, napr. US EPA, 2002a; ITRC, 2005) tieto výhody:
• v prípade optimálnych podmienok ide o efektívnu a účinnú metódu in situ bez potreby aplikovania ďalších sanačných zásahov a bez energetických nárokov na jej prevádzku;
• použitím vhodného reaktívneho materiálu sa dajú odstrániť rozličné typy kontaminantov;
• zaradením viacerých reaktívnych materiálov za sebou je možné redukovať aj zmes kontaminantov;
• metóda sa v súčasnosti pomerne často využíva; s tým súvisí dostatok dostupnej literatúry a noviniek z tejto oblasti (Warner et al., 2005 );
• po inštalovaní bariéry je možné využiť územie aj na iné účely (aktivity);
• možnosť aplikovania aj v zastavanom území;
• menšie ovplyvnenie režimu podzemnej vody v porovnaní napr. s metódou sanačného čerpania.
Zásadnejšie limitujúce faktory aplikovania reaktívnych bariér je možné zhrnúť takto (viaceré zdroje, napr. US EPA, 2002a; ITRC, 2005):
• schopnosť zabezpečiť potrebný čas zdržania kontaminovanej vody v bariére – optimálny čas na priebeh reakcií – sa pohybuje v intervale 1 až 2 dni, pri ekonomickej hrúbke reaktívnych stien asi 1 m by mala byť potom maximálna rýchlosť prúdenia podzemnej vody cez bariéru 0,5 až 1,0 m . deň–1;
• reaktívna stena musí mať vyššiu priepustnosť ako okolité horninové prostredie, lebo inak by ju kontaminačný mrak obtekal;
• pri dlhšom zdržaní vody v bariére môžu začať prebiehať reverzibilné procesy, ktorými sa kontaminanty budú opätovne uvoľňovať z bariéry do prostredia;
• pri nevhodnom dimenzovaní bariéry môže dochádzať k jej zanášaniu (kolmatácii) jemnými časticami zeminy a k inkrustácii (zrazeniny ako produkty chemických reakcií) a tým následne k znižovaniu jej priepustnosti a ovplyvneniu účinnosti použitej technológie;
• vzhľadom na maximálnu hĺbku inštalácie steny (zvyčajne 14 až 15 m) sa metóda dá aplikovať iba v prípade relatívne plytkého obehu podzemnej vody;
• výmena reaktívneho média (najmä pri klasickej kontinuálnej stene) a nutné zneškodnenie takto vzniknutého odpadu je pomerne náročné na prevádzku;
• existujú niektoré kontaminanty, ktoré v súčasnosti nie sú spracovateľné konvenčnými reaktívnymi materiálmi v bariére (napr. chlórbenzény, chlórfenoly, niektoré pesticídy, PCB alebo rádionuklidy);
• vhodnosť hydrogeologických pomerov – hrúbka kolektora musí byť menšia, ako je hĺbkový dosah bariéry, nesúvislá hladina podzemnej vody je nežiaduca (problém s kontrolou šírenia znečistenia), komplikácie môžu spôsobovať časté a výrazné zmeny smeru prúdenia podzemnej vody alebo kolísanie hladiny podzemnej vody (dôsledkom je obtekanie bariéry, jej kolmatovanie alebo krátka interakcia kontaminantov s povrchom bariéry);
• je dôležité, aby išlo o ustálený zdroj znečistenia, teda taký, kde sa už nemenia podmienky kontaminácie (množstvo a charakter unikajúcich kontaminantov);
• vhodnejšie je aplikovať reaktívne bariéry, ktoré redukujú jeden typ kontaminantov (napr. z odkalísk); pri znečistení, kde sa vyskytuje široká škála kontaminantov (napr. zo skládok odpadu), sa prechodom kontaminantov horninovým prostredím a tiež v súvislosti s časom môže podstatne meniť ich zastúpenie a koncentrácia (táto skutočnosť zvyšuje nároky na kontrolu práve prebiehajúcich procesov a na ich následné podchytenie použitím vhodného reaktívneho materiálu).
Trvanie čistenia a účinnosť
Reaktívne bariéry majú pri optimálnych podmienkach vysokú účinnosť redukcie znečistenia. Umožňujú v priebehu niekoľkých mesiacov podstatne znížiť riziko ohrozenia prostredia kontamináciou.
Celkový čas čistenia aj účinnosť závisí od optimálnosti podmienok na lokalite, od charakteru kontaminantov a fungovania reaktívnej bariéry (Zolla et al., 2007). Podľa veľkosti a veku zdroja znečistenia je potrebné počítať s prevádzkovaním reaktívnej bariéry od niekoľko mesiacov až po desiatky rokov. Použitie samotnej reaktívnej bariéry má za úlohu znečistenie redukovať a zamedziť jeho šíreniu k potenciálnym receptorom (ľudskej populácii, ekosystému). Na úplné vyčistenie kontaminovanej oblasti je potrebné použiť iné typy sanačných metód.
Vyhodnotenie účinnosti spočíva obyčajne v porovnaní koncentrácie, resp. množstva látok pred vstupom a na výstupe z bariéry za časovú jednotku. Neporušenosť bariéry sa dá monitorovať pomocou niektorých geofyzikálnych metód (Slater a Binley, 2003).
Cenovo výhodné je aplikovanie reaktívnych bariér najmä v situáciách, keď je zdroj znečistenia veľký a nie je potrebné jeho akútne odstránenie.
Sústredením znečistenia do relatívne malej reaktívnej zóny sa vytvárajú predpoklady na jednoduchšie vytvorenie, prevádzku, kontrolu a riadenie použitej technológie. Táto skutočnosť v porovnaní s úplnou sanáciou alebo aplikovaním iných sanačných metód sa odráža aj v pomerne nízkych nákladoch.
Najväčšie náklady predstavuje príprava a inštalovanie bariéry. Náklady na prevádzku a monitoring sú v porovnaní s inými sanačnými metódami veľmi nízke. V literatúre sa uvádza, že náklady na prieskum ešte pred zhotovením bariéry môžu dosahovať až 50 % celkových investícií.
Ekonomické náklady pri aplikovaní reaktívneho systému je potrebné hodnotiť aj z pohľadu životnosti reaktívneho materiálu a času funkčnosti hydraulického systému zachytávajúceho rozpustené kontaminanty. Ak je potrebné meniť reaktívny materiál napríklad už po 5 rokoch, cena inštalácie bariéry je vyššia ako náklady na inštalovanie sanačného čerpania. Ak je funkčnosť reakčnej bariéry dlhšia ako 10 rokov, systém je cenovo oveľa výhodnejší (ITRC, 2005).
Vzhľadom na podmienky na lokalite je najdôležitejším faktorom určujúcim cenu hĺbka inštalácie bariéry a jej dĺžka a hrúbka.
© 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