GEOCHEMICKÁ REAKTIVNÍ BARIÉRA PERSPEKTIVNÍ PRVEK IN - SITU SANAČNÍCH TECHNOLOGIÍ

Transkript

1 GEOCHEMICKÁ REAKTIVNÍ BARIÉRA PERSPEKTIVNÍ PRVEK IN - SITU SANAČNÍCH TECHNOLOGIÍ Jaroslav HRABAL MEGA a.s. monitorovací vrt injektážní vrt reakční zóna

2 Geochemická bariera zóna s odlišnými fyzikálně-chemickými podmínkami - (ph, redox-potenciál, sorpční kapacita, biogenní pochody) Vyskytuje se relativně běžně v přírodě - faciální změny sedimentace - vertikální zonalita Možno generovat uměle - uměle vytvořená linie v horninovém prostředí, kde řízeně probíhají geochemické reakce mezi horninovým prostředím, podzemní vodou a dodávanými reagenty - technické řešení je závislé na typu bariery a podmínkách lokality - neklade zvýšený hydraulický odpor podzemí vodě

3 Je možno geochemickou barieru vykopat?

4

5 Možnosti použití geochemické bariery Modelové kontaminované území bez sanačních opatření výrobní hala zdroj kontaminace kontaminační mrak proudění nepropustné podloží

6 Sanace metodou sanačního čerpání Konvenční metody sanace hydraulická bariera výrobní hala zásah na ohnisku klasické technologie kontaminační mrak proudění nepropustné podloží Sanace metodou enkapsulace podzemní těsnící stěna výrobní hala podzemní těsnící stěna kontaminační mrak nepropustné podloží

7 Inovativní metody sanace Sanace kombinací in-situ metod a sanačního čerpání hydraulická bariera výrobní hala zásah na ohnisku inovativní technologie kontaminační mrak nepropustné podloží proudění Sanace za využití geochemické reaktivní bariery geochemická bariera výrobní hala zásah na ohnisku inovativní technologie kontaminační mrak nepropustné podloží proudění

8 Možnosti použití geochemické bariery Geochemické procesy je možno nasadit na látky charakteristické: 1. Změnou migračních schopností v závislosti na jejich valenčním stavu (kovy) 2. Chemickou modifikací (organické látky, např. ClE) 3. Koprecipitací při srážení minerálních fází Základní požadavky 1. Podrobná znalost geologických a hydrogeologických poměrů na lokalitě 2. Dostatečné informace o prostorové distribuci kontaminace 3. Dostatečné informace o geochemickém systému lokality 4. Udržení reagentu v definovaném prostoru 5. Zajištění vhodných podmínek pro průběh reakce po dostatečně dlouhou dobu 6. Nutná optimalizace systému pro každou konkrétní lokalitu

9 Metoda in situ reduktivní dechlorace ClE v difúzních barierách Řešení ověřené na lokalitě Využití kombinovaného působení železných částic a stejnosměrného proudu (patentově chráněná metoda) - lepší distribuce částic železa v horninovém prostředí - výrazné prodloužení reakční doby v barieře - mnohem efektivnější průběh reduktivní dechlorace ClE - prostorová stabilizace reagentu v elektrickém poli Použití nových materiálů - částice nzvi chráněné oxidickou slupkou - kompozitní materiály na bázi nanočástic Fe valenčně vázaných na mikročásticích Fe (patentově chráněno)

10 Praktické využití geochemické bariery

11 Geochemická podstata procesu Interakce se zvodní H 2O Fe Fe + OH + H + - reakce s podzemní vodou - redukce oxidovaných látek - kyslík (oxidace Fe 0 a Fe 2+ ) - dusičnany (redukce, omezeně srážení) - sírany (redukce, srážení s Fe) + 2e N - NO N - NO N - NO N - NO N - NO e + 5e + 8e + 3e - alifatické chlorované ethyleny - reakce s kovy (Fe, Mn) + 6e N - NO N - N N - NH N - N 2 2 N - NH PCE TCE DCE VC + 8e + 2e + 6e + 4e SO C2H C2H C2H C2H e S Cl + 3Cl + Cl + 2Cl Fe 2+ Fe 3+ + e Srážení minerálů kalcit, siderit Interakce s horninovou matricí - složité interakce

12 Aktivace nzvi stejnosměrným proudem Koncentrace (µg/l) Srovnání - suma ClE, voda z vrtu IS-10 nanoželezo + proud nanoželezo kontrola Čas (dny) Koncentrace nzvi 0,3 g/l

13 Mossbauerova spektra materiálu z vrtů DBC10 (3A) a DBC4 (4A) 3A DOUBLET (1),79.0 % Fe(III) AMPLITUDE, , ISOMER SHIFT, Q. SPLITTING,0.7627, LINE WIDTH, DOUBLET (2),5.0 % Fe(II) AMPLITUDE, , ISOMER SHIFT, Q. SPLITTING,2.3062, LINE WIDTH, MAGNETIC (1),12.5 % Fe 2,x Magnetite AMPLITUDE, , ISOMER SHIFT, MAGN. FIELD [T], , LINE WIDTH, A DOUBLET (1),68.1 % Fe(III) AMPLITUDE, , ISOMER SHIFT, Q. SPLITTING,0.7413, LINE WIDTH, DOUBLET (2),3.9 % Fe(II) AMPLITUDE, ( ), ISOMER SHIFT, Q. SPLITTING,2.3191, LINE WIDTH, MAGNETIC (1),28.1 % α-fe AMPLITUDE, , ISOMER SHIFT, MAGN. FIELD [T], , LINE WIDTH, ( )

14 NO 2 (mg/l) 0, Chování dusíku NO 2 NH 90 Sírany 4 30, Obecné předpoklady 25, poměrně rychlá kinetika redukce 20,00 - absence minerálních fází (převaha 0V redukce 1500 nad srážením NH 4 -jarosit) 70 15,00 - variabilní průběh vzhledem k 2V vývoji pole stability plynného dusíku - možnost redukce dusičnanů na 4V dusitany 60 10,00 - pokles Eh vede k prioritní redukci 6V 1000 na amonné ionty, popř. amoniak 5,00 Kontrol zvýšené obsahy v podzemní vodě vedou k významnému zvýšení spotřeby Fe Výsledky pokusu 200 mg/l NO 3, 1700 mg/l SO 4, 0,6 g/l nzvi, krok mezi odběry cca 10 hod čas (hod) čas čas (hod) (hod) NO 3 0,5 Sírany NH 4 (mg/l) (mg/l) NZVi 0,6g/l N celk. celk. NO 3 (mg/l) Eh (V) 0,25 0 Kontrol. -0, čas (hod) 0V 2V 4V 6V Ncelk. (mg/l) Ncelk. (mg/l) , ph 0V 0 V 2V 2 V 4V 4 V 6V 6 V Kontrol čas (hod) čas (hod)

15 1 Fe 3+ Fe(OH) 2+ původní hodnoty Fe(OH) 2 + 0,5 Fe(OH) 3 ORP (V) 0-0,5 Fe 2+ ustálený stav po aplikaci NZVI aplikace NZVI Fe(HCO3) + - Fe(OH) 4 hodnoty po zapojení elektrického pole Fe(CO3) Fe(OH) + Fe(OH) ph Elektrochemická redukce probíhá nejen na katodě, ale i v části elektrického pole - E - proces dodání elektronu - přímý transfer z katody - nepřímý transfer z elektroreduktivně aktivovaných materiálů - C - proces - chemické reakce aktivované látky (hydrogenace ClE)

16 Dimenzování difúzní bariery Základní parametry pro výpočet Rychlost proudění podzemní vody Minimální doba zdržení pro průběh dechlorace Koncentrace oxidovaných látek v podzemní vodě (dusičnany, kyslík, sírany) Koncentrace a typ ClE Mezivýpočty Rychlost obměny pórového objemu v barieře Rychlost pasivace reakční náplně Reakce nzvi s vodou základní nejistota při výpočtech Výstupy Optimální vzdálenosti injektážních vrtů Dávkování reakční náplně Doba životnosti bariery Ve vývoji sofwarový nástroj pro dimenzování bariery

17

18 PBTOOL

19 Kompozitní materiál Reaktivita materiálu je závislá na velikosti částic Kovalentně vázané částice nedojde k separaci při aplikaci Možnost ošetření oxidickou, organickou nebo kombinovanou slupkou Kombinací mikročástic a nanočástic lze dosáhnout optimálního rozvoje redukční zóny Použitím stejnosměrného proudu lze výrazně oddálit pasivaci částic

20 Pár slov na závěr Sanace in situ chemickými technologiemi jsou plnohodnotnou alternativou dosud používaných in-situ extrakčních sanačních metod. Koexistence klasických metod a chemicky podporovaných technologií je obvykle neslučitelná. Geochemická bariera může nahradit funkci hydraulické ochrany lokality. Projektování a řízení sanace je náročnější na množství a kvalitu informací o dané lokalitě. Zásadní je podrobný geologický a hydrogeologický rozbor, na jehož základě je nutno postavit strategii sanace. Z hlediska funkčnosti a bezpečnosti provozu je možno konstatovat vyšší spolehlivost, jelikož bariera není citlivá k provozním vlivům. Vývoj novým typů reakčních náplní na bázi kombinace různě velkých částic nulmocného železa nastavených přímo na konkrétní podmínky jednotlivých lokalit může přinést další zefektivnění technologie geochemických barier, zvlášť při jejich aktivaci a stabilizaci stejnosměrným proudem.

21 Tato práce je realizována za podpory MPO České republiky, v rámci výzkumného projektu Vývoj a použití difúzních reaktivních bariér na bázi mikrofe a nanofe pro sanace č. FR-TI3/622 a za podpory TA ČR v rámci výzkumného projektu Použití elektrického pole k sanaci lokalit kontaminovaných organickými látkami č. TA