G-servis Praha spol. s r.o.
Bilanční hodnoceni sanace ropného znečištění nesaturované zóny horninového prostředí metodou bioventingu
Jedním z hlavních problémů při provozu bioventingu je kontrola a prokazování účinnosti sanace. Bioventing je v mnoha případech aplikován v prostorech, kde nelze účinnost sanace doložit přímo, např. prostřednictvím odběrů a analýz vzorků zemin. Důvodem může být například zastavěnost sanovaného území.
Jedním z hlavních problémů při provozu bioventingu je kontrola a prokazování účinnosti sanace. Bioventing je v mnoha případech aplikován v prostorech, kde nelze účinnost sanace doložit přímo, např. prostřednictvím odběrů a analýz vzorků zemin. Důvodem může být například zastavěnost sanovaného území.
Běžně využívaný monitoring účinnosti bioventingu prostřednictvím odběrů vzorků půdního vzduchu a následného analytického stanovení obsahu ropných látek přináší data, která pouze částečně vypovídají o aktuální úrovni kontaminace nesaturované zóny. Míra vzájemné souvislosti mezi výsledky analýzy půdního vzduchu a skutečnou aktuální mírou kontaminace nesaturované zóny se snižuje se vzrůstající molekulovou hmotností ropných látek. Využitelnost analyticky zjištěných obsahů ropných látek v čerpaném půdním vzduchu je pro bilanční vyhodnocení sanace (výpočet množství odstraněných polutantů z horninového prostředí) omezená, neboť podstatná část ropných látek je degradována přímo v horninovém prostředí.
Hlavním smyslem tohoto příspěvku je podat informaci i možné cestě, jak při provozu bioventingu kvantifikovat proces biodegradace ropných uhlovodíků „in situ“.
Princip metody
Metodika, vypracovaná firmou G-servis Praha, s.r.o., je založena na předpokladu, že ventingem je uměle vytvořen dynamický systém, do kterého na jedné straně vstupuje atmosferický vzduch (prostřednictvím přisávání přes povrch v okolí sanovaného prostoru) a na druhé straně (čerpáním z ventingových sond) vystupuje vzduch, změněný vlivem biologických procesů, probíhajících v sanovaném prostoru. Pro účely popsané metodiky se předpokádá, že množství vzduchu, přisávaného z atmosféry je rovno množství vzduchu odčerpaného z ventingových objektů. Měřitelné kvalitativní změny spočívají v nárůstu obsahu CO2 na úkor obsahu O2 vlivem biologických pochodů, probíhajících v nesaturované zóně. Množství oxidu uhličitý v půdním vzduchu, čerpaném z ventingových sond se skládá (při zanedbání dotace z jiných zdrojů – viz dále) ze tří složek:
1) CO2 v atmosférickém vzduchu
2) CO2 jako produkt přirozeného rozkladu organické hmoty v půdě
3) CO2 jako produkt biodegradace ropných uhlovodíků v horninovém prostředí
První dvě složky tvoří společně pozaďovou hodnotu obsahu CO2 v čerpaném půdním vzduchu. Určení pozaďové hodnoty za dynamického stavu systému je jedním z rozhodujících kroků metodického postupu, který má zejména vliv na přesnost bilančních výpočtů.
Třetí složka čerpaného množství CO2 je odpodvídá množství degradovaných ropných látek „in situ“. Koncentrace CO2 v půdním vzduchu, čerpaném z horninového prostředí je po korekci na základě zjištěných pozaďových hodnot stechiometricky přepočten na ekvivalentní množství ropné látky. Pro stechiometrické přepočty je použito hypotetické skupiny CH2, která přibližně odpovídá hmotnostním poměrům mezi C a H ve směsi ropných uhlovodíků, vyskytujících se jako součást pohonných hmot. Dále jsou použity relativní atomové hmotnosti prvků C, H, O.
Přepočtené ekvivalentní obsahy RL v čerpaném půdním vzduchu jsou základem bilanční výpočty s použitím množství čerpaného půdního vzduchu. Výsledkem bilančních výpočtů je okamžitá rychlost biodegradace ”in situ” pro uvažovaný dynamický systém.
Okamžitá rychlost biodegradace „in situ“ je vztažena k soustavě ventingu jako celku (nebo může být vztažena k jednotlivým ventingovým objektům) a k okamžiku získání vstupních údajů pro výpočty. (den měření podtlaku na zhlaví, čerpaného objemu z vrtu a plynometrických měření). Rychlosti jsou vyjadřovány v jednotkách hmotnosti za jednotku času [kg/den] nebo [kg/rok]. Časovou řadu údajů o okamžitých rychlostí biodegradace lze zpracovávat dále běžnými matematickými metodami společně s výsledky, zjištěnými na základě měření koncentrací RL na výstupu ze systému ventingových objektů. Výsledkem může být např. bilance odstraněných polutantů za etapu sanace.
Metodický postup
1. Základem pro uváděný metodický postup jsou obsahy CO2, naměřené na zhlaví čerpaných ventingových objektů, resp. na výstupu z vakuovací stanice (záleží na tom, zda jsou výpočty prováděny pro jednotlivé objekty zvlášť nebo pro celý systém). K měření lze použít detekční trubičky (např. GASTEC) nebo přenosné přístroje (např. GEOTECHNICAL INSTRUMENTS). Výsledky měření jsou udávány v objemových procentech nebo v ppm.
Hodnocení metody
Popsaná metoda nepřímého výpočtu biodegradační rychlosti při provozu biovetingu je zatížena následujícími faktory nejistoty:
1. Nepřesnost měření koncentrací CO2 v čerpaném půdním vzduchu Nepřesnost měření koncentrací CO2 se projevuje podstatnou měrou hlavně při měření nízkých koncentrací, blížících se obsahu CO2 v atmosférickém vzduchu.
2. Zanedbání spotřeby uhlíku pro stavbu těl mikroorganismů. Tento faktor lze pravděpodobně považovat za významný při nárůstu mikroflóry, tj. při náběhu bioventingu. Tento faktor působí ve smyslu podhodnocení výsledků výpočtu biodegradační rychlosti.
3. Zanedbání úniků CO2 z uvažovaného dynamického systému jiným způsobem, než je odsávání ventingovými sondami. K takovému úniku může dojít např. difůzí v okrajových, tlakově nedostatečně ovlivněných partiích sanovaného prostoru nebo prostřednictvím rozpouštění CO2 v podzemní vodě. Tento faktor působí ve smyslu podhodnocení výsledků výpočtu biodegradační rychlosti.
4. Zanedbání dotace CO2 do uvažovaného systému z jiných zdrojů, než jsou uvažované biologické pochody v nesaturované zóně. Existence zdrojů CO2, působících v souvislosti s endogenní geologickou činností (vulkanismus, oběh juvenilních podzemních vod) je na běžných lokalitách nepravděpodobná.
5. Mineralizace uvolněného CO2 následkem chemických reakcí v nesaturované zóně, vedoucích ke vzniku solí kyseliny uhličité. V rámci rozvoje metodiky hodnocení bioventingu nebylo zatím bližší hodnocení tohoto faktoru prováděno. Významnější působení tohoto faktoru lze očekávat v alkalickém prostředí. Tento faktor působí ve smyslu podhodnocení výsledků.
6. Obtížné určení pozaďových hodnot koncentrací CO2 Pozaďová hodnota má v okamžik měření reprezentovat především obsah CO2 dotovaného do vzduchu, proudícího horninovým prostředním v důsledku provozu ventingu, jiným způsobem, než je degradace ropných uhlovodíků. Jedná se především o vliv rozkladu přírodní organické hmoty, obsažené v půdě.
K určení pozaďové hodnoty lze nejlépe využít obsahy CO2 v čerpaném objektu mimo prostor kontaminace (pozaďový objekt). Obsahy CO2 v půdním vzduchu, měřené v nečerpaných objektech nebo průzkumných sondách nereprezentují pozaďové hodnoty CO2 pro dynamický systém!
Jednoznačně nejvýznamnějším faktorem nejistoty je relativně obtížné určení pozaďových hodnot koncentrací CO2 v systému bioventingu. Chyba určení množství CO2 dotovaného do sytému bioventingu jinak, než degradací RL může zásadním způsobem znehodnotit výsledky výpočtů. Ostatní faktory nejistoty nemají tak zásadní význam.
Hlavní význam popsané metodiky nepřímé kvantifikace biodegradační aktivity lze spatřovat tom, že je jednou z mála cest ke kvantifikaci účinnosti sanace, prováděné metodami ”in situ”. Přesnost výpočtů biodegradační rychlosti je za předpokladu správného postupu při určení pozaďových hodnot obsahů CO2 v systému odpovídající jiným metodám bilančních výpočtů, užívaných při hodnocení účinnosti sanačních zásahů.
Výsledky používání popsané metodiky lze shrnout do konstatování, že při provozu ventingu (resp. bioventingu) množství ropných látek degradovaných biologicky přímo v horninovém prostředí mnohonásobně překračuje množství ropných látek, extrahovaných z horninového prostředí prostřednictvím fyzikálního principu ventingu. Toto konstatování platí zejména pro zátěže s dominantním podílem středních až těžších frakcí ropných látek , pro staré zátěže a pro závěrečné fáze sanačních zásahů, prováděných metodikou „in situ“.
