AZ nZVI HATÁSMECHANIZMUSA
A gyártás végeredménye az előre meghatározott töménységű nZVI szol (Fe0 nanorészecske szuszpenzió), mely az adagolt stabilizátor anyagnak (cellulóz) köszönhetően nem aggregálódik és nem reagál azonnal a levegő oxigénjével.
Ennek ellenére a bejuttatást zárt rendszerben, az előállítást követően azonnal végezzük, hogy az nZVI a pórustérben fejthesse ki reakcióképességét.
A pórustérben a szennyezőanyag elkeveredik a bejuttatott nZVI szuszpenzióval, lezajlik a reduktív deklorináció, a vas (II), klorid, mint ionos vegyületek, valamint etilén, mint végtermék molekula maradnak hátra, amennyiben teljesen lezajlik a reakció az alábbi egyszerűsített reakcióegyenlet szerint (X-Cl = CAH vegyület).
Reduktív deklorináció, hidrogenolízis (folytonos nyíl), β-elimináció (pontozott nyíl) PCE=tetraklór-etilén, TCE=triklór-etilén, DCE=diklór-etilén
2 Fe0 + 3 H2O + X-Cl → 2 Fe2+ + 3 OH− + H2 + X-H + Cl−
A CAH vegyületről a klóratomok leszakadásának (deklorináció) dinamikája alapján két fő folyamatot különítenek el.
Hidrogenolízis
Ahol a kezdeti komponensek (PCE – tetraklór-etilén vagy TCE – triklór-etilén) egymást követő lépésekben egy-egy klór atom leválásának következtében cserélődnek ki hidrogénre, DCE – diklór-etilénné és VC – vinil-kloriddá alakulnak. A folyamat legvégén a fenti CAH vegyületek a környezetre teljesen ártalmatlan végtermékké (etilén, acetilén) alakulnak. Ez a folyamat általában a mikrobiológiai utón történő klórmentesítésekre jellemző. Az anaerob (reduktív) deklorináció feltétele az anaerob környezet, az elektrondonor vegyület (hidrogénforrás) jelenléte; a teljes sor bontásához szüksége mikroorganizmusok megléte.
β-elimináció
Amikor a PCE, TCE vagy DCE komponensek, nem az éppen soron következő köztes elemmé alakulnak át, hanem egy lépésben alakulnak át végtermékké. Az nZVI-vel végzett beavatkozások 70-90%-ban β-eliminációval történnek.
Az nZVI alkalmazhatóságát laboratóriumi-, majd terepi tesztkísérletekkel vizsgáljuk meg minden esetben. Ezek a tesztkísérletek szükségesek az nZVI-vel végzett kármentesítések időtartamának, a felhasznált nZVI koncentrációjának és mennyiségének, valamint az injektálás térbeli és időbeli sűrűségének meghatározásához.
Laboratóriumi nZVI tesztkísérlet
Terepi nZVI tesztkísérlet
A terepi tesztkísérletek során előnyben részesítjük a kis átmérőjű CMT (Continuous Multichanell Tubing) mintavételi kutakat, valamint a low-flow mintavételi technikát, a lehető legreprezentatívabb mintaegyedek megvételére.
BEJUTTATÁS A PÓRUSTÉRBE
Nagyon fontos a megfelelő technológiával végzett injektálás, valamint a földtani felépítés részletes ismerete.
A pórustérbe való bejuttatást DP (Direct Push) technológiával lesajtolt injektáló lándzsákon keresztül, nagynyomású szivattyúkkal végezzük. Az injektálás mélységének pozicionálását előzetes CPT (Cone Penetrating Test) szondázások eredményei alapján jelöljük ki.
Az ún. direct push injektálás sematikus rajza (forrás: http://geoprobe.com/)
Az általunk alkalmazott GeoProbe Systems© típusú injektáló lándzsa rugós szeleppel ellátott eszköz, a nyitási nyomás 1,5 – 4 bar között módosítható. A szelep megakadályozza az injektáló lándzsa eltömődését, az egységes rudazat és a lesajtolási technika pedig biztosítja a megfelelő palást-tömítettséget.
Jelenleg 30 m mélységig tudunk injektálással reagenseket bejuttatni nem konszolidálódott, üledékes (agyagos-iszapos-homokos-kavicsos) rétegcsoportokból álló talaj- és rétegvíztartókban.
GeoProbe Systems© injection valve (source: http://geoprobe.com/)
KOMBINÁLT TECHNOLÓGIA
A kémiai redukció – kinetikai okok miatt – csak nagy (> 1000 µg/L) CAH koncentrációknál alkalmazható hatékonyan, ezért kombinálni szükséges bioremediáció / bioaugmentáció technológiával (ún. anaerob deklorinálció), mely során a deklorinációt CAH specifikus endemikus, vagy exogén baktériumok végzik az ideális környezeti körülmények (anaerob, reduktív mikrobiológiai környezet, elektron donor vegyületek jelenléte) teljesülésekor. Így a β-eliminációt követően a hidrogenolízishez teremtjük meg a kedvező feltételeket.
A CAH vegyületek anaerob dekorinációjának (hidrogenolízis) egyszerűsített folyamatábrája
A baktériumok szénforrásként hasznosítják a CAH vegyületeket, a deklorinációt ún. elektron donor vegyületek (HRC – Hydrogen Release Compound) jelenléte mellett enzimatikusan végzik.
A reduktív környezeti feltételeket az nZVI bejuttatása biztosítja, mely a redoxpotenciál (ORP – Oxidation Reduction Potential) értékét tartósan – 100 mV alatt tartja. Az elektron donor vegyületeket – melyek jellemzően egyszerű szerves savakká lebomló cukrok (pl. fuktóz), zsírsavak (pl. növényi olaj) – külön injektálási fázisban juttatjuk be figyelembe véve az nZVI hatóidejét és a bejuttatás hatásterületét. A keletkező egyszerű szerves savakat (tejsav, hangyasav, ecetsav, propionsav, vajsav) képesek a deklorináló baktériumok közvetlenül hasznosítani.
A pórustérben lezajló kémiai redukciós és anaerob deklorinációs folyamatok
A TECHNOLÓGIA HATÉKONYSÁGA
Egy in-situ bioremediációval kombinált ISCR kármentesítés bonyolult folyamat, folyamatos és gyakori ellenőrzést (monitoring) és beavatkozást (injektálás) igényel. Jelentős eszközigényű, mivel az előállításhoz és az injektáláshoz speciális berendezések szükségesek (ezek az eszközök társaságunknál, illetve az együttműködő partnereinknél rendelkezésre állnak.
Azonban a befektetés megtérül, hiszen in-situ módszerek alkalmazásánál nem keletkezik hulladék, nem maradnak kezeletlen térrészek (épületek alatt is elvégezhető) és a kémiai (ISCR), illetve kombinált technológia sokkal gyorsabb lehet, mint a hagyományos fizikai elven alapuló (pl. talajvíz kitermelés / sztrippelés) módszerek. Az anaerob deklorináció kiegészítő technológiával az alacsony permeabilitású rétegekben rekedt, onnan utánpótlódó (mátrixdiffúzió) szennyezőanyag is kezelhetővé válik. Ezekben az esetekben a HRC bejuttatása közvetlenül (pl. rétegrepesztés), vagy a közvetetten, a HRC anyagok diffúziója által végezhető el.
A kármentesítés befejeződésével az eredeti állapot könnyen visszaállítható, hiszen az injektáláshoz használt lándzsák ideiglenesek. Az injektálási technológia akár működő üzemcsarnokokban is alkalmazható, mivel a beavatkozás helyigénye kicsi, ráadásul igény szerint mobilizálható.
Terepi tesztkísérlet és monitoring működő üzemcsarnokban
