GEOCHEMICKÁ REAKTIVNÍ BARIÉRA PERSPEKTIVNÍ PRVEK IN - SITU SANAČNÍCH TECHNOLOGIÍ RNDr. Jaroslav HRABAL MEGA a.s. monitorovací vrt injektážní vrt Ing. Dagmar Bartošová Vodní zdroje Ekomonitor spol. s r.o. reakční zóna
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 - neklade hydraulický odpor podzemí vodě
Kopali jsme kontaminaci a vykopali geochemickou barieru
Možnosti použití geochemické bariery Modelové kontaminované území bez sanačních opatření výrobní hala zdroj kontaminace kontaminační mrak proudění nepropustné podloží
Sanace metodou sanačního čerpání Klasické 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
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
Praktické využití geochemické bariery
Zásadní krok - podrobné vyhodnocení geologických a hydrogeologických dat Předvarterní relief terénu ohniska kontaminace SEVER 634,6 63,6 2, 628,6 633,7 633,1 634,8 635,6 633,1 635 632,5 svahový přítok 63,5 626,5 626,2 2, 4,5 3, 63,3 632,7 625,2 629,3 626,1 63,3,7 631,7 628,9 625,5 1, 626,3 1, 1, 619,8 626,3 7,5 623,6 626,9 624,9 626,4 625,5 623, 2,5 621,2 4,5 623,3 622,6 5,5 staré koryto 1, 631,8 2,5 63 627,5 625 paleokoryto Svratky 5, 622,5 622,4 >4 5 622, Svratka Měřítko m 5 m 1 m
Metoda in situ reduktivní dechlorace ClE v difúzních barierách Základní požadavky 1. Udržení reagentu v definovaném prostoru 2. Zajištění vhodných podmínek pro průběh dechlorace ClE po dostatečně dlouhou dobu 3. Modifikace systému pro každou konkrétní lokalitu 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) Ve vývoji sofwarový nástroj pro dimenzování bariery
Dimenzování difúzní bariery Základní parametry pro výpočet Rychlost proudění podzemní vody Minimální doba zdržení pro průběh dechlorace Koncentrace oxidovaných látek v podzemní vodě (sírany, dusičnany) Mezivýpočty Rychlost obměny pórového objemu v barieře Rychlost pasivace reakční náplně Výstupy Optimální vzdálenosti injektážních vrtů Dávkování reakční náplně Doba životnosti bariery
Kompozitní materiál
Koncentrace (µg/l) Aktivace Fe stejnosměrným proudem 26 28 156 Srovnání - suma ClE, voda z vrtu IS-1 nanoželezo + proud nanoželezo kontrola 14 52 1 2 3 Čas (dny)
ORP (V) Geochemická podstata procesu 1 Fe 3+ Fe(OH) 2+ původní hodnoty Fe(OH) 2 +,5 Fe(OH) 3 Fe 2+ Fe(OH) 4 - -,5 ustálený stav po aplikaci NZVI aplikace NZVI Fe(HCO3) + hodnoty po zapojení elektrického pole Fe(CO3) Fe(OH) + Fe(OH) 3 - -1 2 4 6 8 1 12 14 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)
Mossbauerova spektra materiálu z vrtů DBC1 (3A) a DBC4 (4A) 3A DOUBLET (1),79. % Fe(III) AMPLITUDE,76515.522, ISOMER SHIFT,.3438 Q. SPLITTING,.7627, LINE WIDTH,.5321 DOUBLET (2),5. % Fe(II) AMPLITUDE,778.17, ISOMER SHIFT,1.2581 Q. SPLITTING,2.362, LINE WIDTH,.3325 MAGNETIC (1),12.5 % Fe 2,x Magnetite AMPLITUDE,123.277, ISOMER SHIFT,.672 MAGN. FIELD [T],45.927, LINE WIDTH,.8893 4A DOUBLET (1),68.1 % Fe(III) AMPLITUDE,38921.1527, ISOMER SHIFT,.344 Q. SPLITTING,.7413, LINE WIDTH,.4991 DOUBLET (2),3.9 % Fe(II) AMPLITUDE,5365.1739 (.2), ISOMER SHIFT,1.2822 Q. SPLITTING,2.3191, LINE WIDTH,.253 MAGNETIC (1),28.1 % α-fe AMPLITUDE,4634.672, ISOMER SHIFT,.9 MAGN. FIELD [T],33.113, LINE WIDTH,.2881 (.1)
Konkrétní design difuzní bariery DBC-12 DBC-13 DBC-1 DBC-11 DBC-9 DBC-14 DBC-7 DBC-6 DBC-5 DBC-4 DBC-3 DBC-8 DBC-2 DBC-1 anody katody DfB-4 monitorovací vrty HV12 A-4 2 m
Aplikace reagentu, listopad 212 Celkem použito 54 kg NZVI Produkt NANOFERSTAR s oxidickou ochrannou slupkou Koncentrace 2g/l až 27 g/l Tlaková aplikace Bariera A DBA1 - DBA9 9 m3 suspenze, 18 kg NZVI Bariera B DBB1 - DBB7 7 m3 suspenze, 14 kg NZVI Bariera C DBC1 DBC1 8 m3 suspenze, 22 kg NZVI
Kontaminace podzemní vody na lokalitě k 31.1.212 Kontaminace sumy ClE před aplikací činidel Legenda stávající hg. objekty stávající ventingové vrty injektážní vrty svislé injektážní vrty šikmé vrty difuzní bariery nové monitorovací vrty izolinie koncentrace sumy CLE 1-2 mg/l 2-4 mg/l 4-1 mg/l 1-4 mg/l nad 4 mg/l
Kontaminace podzemní vody na lokalitě 8 měsíců po aplikaci laktátu a provozu barier Koncentrace sumy ClE po aplikaci činidel - červenec 213 Legenda stávající hg. objekty stávající ventingové vrty injektážní vrty svislé injektážní vrty šikmé vrty difuzní bariery nové monitorovací vrty izolinie koncentrace sumy CLE 1-2 mg/l 2-4 mg/l 4-1 mg/l 1-4 mg/l nad 4 mg/l
ug/l ug/l Vývoj kontaminace podzemní vody po aplikaci laktátu (žlutá šipka) Monitoring kontaminačního mraku - objekt B-4 PCE TCE DCE 6 5 4 3 2 1 11-1 2-11 6-11 9-11 12-11 4-12 7-12 1-12 1-13 5-13 8-13 11-13 Monitoring kontaminačního mraku - objekt B-6 PCE TCE DCE 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 11-1 2-11 6-11 9-11 12-11 4-12 7-12 1-12 1-13 5-13 8-13 11-13
mv mv Vývoj průměrného ORP (AgCl elektroda) a vodivosti na barierách Bariera B - průměrné hodnoty ORP 1 VODIVOST 14 12-1 1-2 8 6-3 4-4 2-5 8-12 1-12 12-12 1-13 3-13 5-13 6-13 8-13 1-13 1 Bariera C - průměrné hodnoty ORP VODIVOST 8-1 7 6 5-2 4-3 -4 3 2 1-5 8-12 1-12 12-12 1-13 3-13 5-13 6-13 8-13 1-13
Vývoj průměrných hodnot ph na barierách Bariera B - průměrné hodnoty ph 12 1 8 6 8-12 1-12 12-12 1-13 3-13 5-13 6-13 8-13 1-13 Bariera C - průměrné hodnoty ph 12 1 8 6 8-12 1-12 12-12 1-13 3-13 5-13 6-13 8-13 1-13
ug/l ug/l Bariera B - průměrný obsah ClE PCE TCE DCE 14, 12, 1, 8, 6, 4, 2,, 18.1.212 7.12.212 26.1.213 17.3.213 6.5.213 25.6.213 14.8.213 3.1.213 Bariera C - průměrný obsah ClE PCE TCE DCE 12, 1, 8, 6, 4, 2,, 18.1.212 7.12.212 26.1.213 17.3.213 6.5.213 25.6.213 14.8.213 3.1.213
ug/l ug/l 35 3 Monitoring difuzní bariery C - objekt A-4 PCE TCE DCE 25 2 15 1 5 12-11 4-12 7-12 1-12 1-13 5-13 8-13 11-13 Monitoring difuzní bariery B - objekt DfB-4 PCE 16 14 TCE DCE 12 1 8 6 4 2 12-11 4-12 7-12 1-12 1-13 5-13 8-13 11-13
Vývoj kontaminace podzemní vody po aplikaci geochemické bariery Obsah ClE bariera C - listopad 212 Obsah ClE bariera C leden 213 DBC-1 2142 DfB-4 2236 DBC-9 2412 DBC-7 2385 DBC-6 2437 DBC-5 2547 DBC-4 2451 DBC-3 2625 DBC-8 2958 DBC-2 DBC-1 2722 1648 DBC-1 13 DfB-4 233 DBC-9 921 DBC-7 25 DBC-6 392 DBC-5 574 DBC-4 143 DBC-3 153 DBC-8 2533 DBC-2 DBC-1 19 353 2 m A-4 2568 HV 12 1798 2 m Vysvětlivky: monitorovací vrty vrty difúzní bariery vrty s anodou izolinie ClE (ug/l) A-4 32 HV 12 375 Obsah ClE bariera C duben 213 Obsah ClE bariera C srpen 213 DBC-1 54,6 DBC-9 31 DBC-7 362 DBC-6 237 DBC-5 277 DBC-4 53 DBC-3 218 DBC-8 2533 DBC-1 236 DBC-9 117 DBC-7 785 DBC-6 DBC-5 635 DBC-4 211 DBC-3 388 DBC-8 3831 DfB-4 621 DBC-2 829 DBC-1 164 DfB-4 94 DBC-2 DBC-1 462 2 m Vysvětlivky: monitorovací vrty vrty difúzní bariery vrty s anodou izolinie ClE (ug/l) A-4 325 HV 12 126 2 m Vysvětlivky: monitorovací vrty vrty difúzní bariery vrty s anodou izolinie ClE (ug/l) A-4 111 HV 12 218
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.