Ugrás a tartalomhoz

A környezeti sugárzás anomáliái

Dr. Várhegyi András (2011)

4.4 In-situ talajvíz-tisztítás. Permeábilis reaktív gátak alkalmazása

4.4 In-situ talajvíz-tisztítás. Permeábilis reaktív gátak alkalmazása

A szerves kémiai gyakorlatban régóta ismertek a fémek és a halogénezett szénhidrogének közötti reakciók. Victor Grignard 1912-ben a magnézium szerves vegyületek szintézisében való felhasználásáért részesült Nobel-díjban. Glen Reynolds kanadai Waterloo Egyetem PhD-s kutatója észlelte először, hogy acél és alumínium alkilkloriddal (CHBr3) való érintkezése az alkilklorid bomlásához vezet. lényegében e munka alapján indultak el a 1980-as évek végén az intenzív kutatások a szennyezett talajvizek fémekkel, így a fém vassal (amelyet zéró vegyértékű vasnak, Fe(0), illet a szakmai irodalom) való kezelésére.

4.11. ábra - A reaktív gátak működési elve

4.11 ábra A reaktív gátak működési elve

Ezeknek a kutatásoknak az eredménye lett a fémvas alapú reaktív gátak széleskörű alkalmazása a halogénezett szerves anyagokkal szennyezett talajvizek tisztításánál. A kutatások során egyben megállapítást nyert az is, hogy a fémvas alapú reaktív gátak kiválóan alkalmasak uránnal, krómmal, arzénnel, molibdénnel és egy sor más fémmel szennyezett vizek tisztítására is. A témakörben megjelent számos publikáció közül néhányat ajánlunk az olvasó figyelmébe (Röhl, et al. 2005; Morrison and Spangler, 1992; Tratnyek,1996; Johnson, et al, 1996)

A reaktív gátak olyan műszaki létesítmények, amelyekben az áramló víz irányába megfelelő kémiai anyagot helyeznek el. A kémiai anyag reakcióba lép a szennyező anyagokkal, és azokat elbontja vagy más kémiai állapotra hozza, amelyek az adott körülmények között a gátban akkumulálódnak vagy elbomlanak. Természetesen a gátnak permeábilisnak kell lennie, hogy a víz átszivároghasson a rendszeren keresztül. Ilyen permeábilis reaktív (PRB) gát sémája látható a 4.11 ábrán.

4.4.2 Alapreakciók

A talajba helyezett fémvas oxigén és víz jelenlétében oxidálódik, korrodálódik (4.18):

(4.18)

4.18. egyenlet -


A korróziós termék tovább oxidálódhat Fe3+-ionokká és hidroxidot képez a természetes pH-viszonyok mellett 4.19, 4.20):

(4.19)

4.19. egyenlet -


(4.20)

4.20. egyenlet -


A fenti folyamatokkal párhuzamosan végbe mennek a vízben jelenlévő egyes szennyezőkkel is a redukciós folyamatok és amennyiben az alacsonyabb vegyértékű fémion oldhatósága kisebb az oxidált formánál az illető fémek csapadékba kerülnek, tehát immobilissá vállnak. A reakcióban képződött nagyfelületű és közismerten kiváló szorpciós tulajdonságokkal rendelkező vas(III)-hidroxidon (4.20) a mikroszennyezők megkötődhetnek. A két folyamat és még további nem kellően tisztázott folyamatok együttes eredményeként csökken az adott komponensek koncentrációja a vízben.

Urán leválasztása .  Tapasztalati adatok mutatják, hogy az urán vízből igen jó hatásfokkal leválasztható fém vas hatására. Bár a leválasztás mechanizmusa még nem teljesen tisztázott, általában azt tartják, hogy a leválasztás döntően a vas redukáló hatása miatt megy végbe az alábbi egyenlet alapján (4.21):

(4.21)

4.21. egyenlet -


(s- index a szilárd fázist jelenti)

Az urán tehát redukálódik és U(IV)-oxidok, hidroxidok (amelyek oldhatósága sokkal kisebb, mint a vízben eredetileg jelenlévő U(VI)-ionoké) formájában kiválik a vízből.

Króm leválasztása.  A króm a talajvízben rendszerint Cr(VI) formájában van jelen. Leválasztása ugyancsak redukciós folyamattal magyarázható (4.22, 4.23):

(4.22)

4.22. egyenlet -


(4.23)

4.23. egyenlet -


A redukált króm króm(III)-hidroxid formájában a vas(III)-mal együtt kiválik a kezelt vízből.

Más toxikus elemeket és nehézfémeket (pl. As, Mo, Pb, stb.) ugyancsak redukciós/és vagy szorpciós folyamatok révén lehet a vízből eltávolítani fémvas alapú reaktív gáttal. Az arzén kivonását a folyamat során képződő vas (III)-hidroxid is nagymértékben elősegíti.

Klórozott szénhidrogének megbontása fémvassal.  A fémvas az alkil-kloridot szénhidrogénre és klorid-ionra bontja, közben vas(II)-ionok kerülnek az oldatba és a szénhidrogének képződése közben (ezek általában mikroorganizmusok hatására lebomlanak a reaktív gátban illetve az azt befogadó talajban (4.24):

(4.24)

4.24. egyenlet -


A vízben megjelenhetnek vas(II)-ionok, a pH kis mértékben növekszik. Ennek következtében természetes vízből CaCO3 és Mg(OH)2 válhat ki.

4.4.3 Permeábilis reaktív gátak típusai

A gátakat rendszerint akkor alkalmazzák, amikor a szennyezett talajvizet tartalmazó réteg alatt 5-6 m mélységben szigetelő agyagréteg vagy egyéb gyenge vízvezető tulajdonságú kőzet található. Ilyen esetben a reaktív gátat a vízzáró rétegbe süllyesztik. Mivel a reaktív gát létesítésének költsége viszonylag magas, gyakran terelő falak létesítésével irányítják a vizet a reaktív gát felé, amelynek hossza így rövidülhet.

4.12. ábra - Tölcsér-kapu elrendezésű reaktív gát elvi vázlata

4.12 ábra Tölcsér-kapu elrendezésű reaktív gát elvi vázlata

A reaktív gátak elhelyezésének egy lehetséges módját mutatja be az 4.12 ábra, amikor is a szennyezett talajvizet impermeábilis terelő fallal terelik a reaktív anyagot tartalmazó reaktorok felé(tölcsér-kapu rendszer kialakítása).

Ilyen terelőfalas permeábilis reaktív gát létesült pl. Monticelloban (UTAH, USA) az uránnal és vanádiummal szennyezett talajvíz tisztítására korábbi uránérc feldolgozó üzem területének kármentesítése során (4.13 ábra).

A reaktív gátakba 0,2-2 mm szemcseméretű vastörmeléket helyeznek el. Az reaktív gátak nagy előnye, hogy a szennyezett víz kiemelése nélkül végezhető el a talajvíz tisztítása. A statisztikai adatok szerint a legtöbb PRB az USA-ban épült, ahol elsősorban klórozott szénhidrogénekkel (trikloretilén TCE, perkloretilén, PCE, stb.) szennyezett talajvíz tisztítására terjedtek el, de néhány PRB uránnal és krómmal szennyezett talajvizek tisztítására is létesült.

4.13. ábra - Permeábilis reaktív gát Monticelloban (USA)

4.13 ábra Permeábilis reaktív gát Monticelloban (USA)

Összességében minden bizonnyal a reaktív gátak alkalmazása egyre szélesebb körűvé válik a mikró szennyezők eltávolítására. Elterjedésüket azonban bizonyos mértékben gátolja, hogy nincs elegendő tapasztalat élettartamukra vonatkozóan.