KVANTIFIKACE ZMĚN KONCENTRACÍ CHLOROVANÝCH UHLOVODÍKŮ VE VODÁCH VYVOLANÝCH PŮSOBENÍM FYZIKÁLNÍCH FAKTORŮ - MOŽNOSTI VYUŽITÍ

Při řešení konkrétních problémů výskytu znečišťujících látek těžších než voda (DNAPL) v podzemních vodách

Michal Tylš, Zdeněk Zýma  (G-servis Praha spol. s r.o.), Monika Jankovská (PÚDIS a.s.)

G-servis Praha spol. s r.o., Sokolovská 44, Praha 8 - Karlín, 186 00

PÚDIS a.s., Nad vodovodem 2/169, Praha 10, 100 00 

 

 

Abstrakt

        

 

 

Při řešení konkrétních problémů výskytu znečišťujících látek těžších než voda (DNAPL) v podzemních vodách - konkrétně alifatických chlorovaných uhlovodíků (Cl-U) - se lze v praxi setkat s jistou mírou nedostatku výchozích údajů. Jedná se zejména o případy, kdy je zapotřebí rozhodnout o dalším  využití vod, které byly znehodnoceny průnikem látek typu Cl-U do podzemních vod. 

Tématem tohoto příspěvku je zhodnocení výsledků části laboratorních testů, jejichž cílem byla kvantifikace změn koncentrací Cl-U, způsobených vlivem standardních a v reálných podmínkách působících fyzikálních faktorů. V návaznosti na provedené testy jsou předběžně stanoveny možnosti využití jejich výsledků v praxi.

 

 

 

1. Odběry vzorků podzemních vod

Pro laboratorní testy byly odebrány vzorky z lokality, kde byla v rámci průzkumných a sanačních prací zjištěna relativně rozsáhlá škála 8 typů alifatických chlorovaných uhlovodíků. Jedná se o chlorované eteny (vinylchlorid; 1,1 dichloreten; cis-  a trans - forma 1,2 dichloretenu; 1,1,2 trichloreten; 1,1,2,2 tetrachloreten) a dva zástupce skupiny chlorovaných etanů (1,1 dichloretan; 1,1,1 trichloretan).

Výběr lokality (typu kontaminace podzemních vod) umožnil sledovat působení fyzikálních faktorů prakticky na všechny typy Cl-U, které jsou v souvislosti se zjišťováním a asanací škod na životním prostředí a havarijních úniků těchto chemických látek běžně indikovány v podzemních vodách.

Na základě výsledků dlouhodobého monitoringu kvality podzemních vod byly odebrány vzorky vod ve třech řádových koncentračních rozmezích, která jsou závislá na vzdálenosti od ohniska kontaminace:
N   ...       nízká výchozí koncentrace polutantů (jednotky až nižší desítky ug/l sumy Cl-U)           
S    ...      střední výchozí koncentrace polutantů (vyšší desítky až stovky ug/l sumy Cl-U)            
V   ...       vysoká výchozí koncentrace polutantů  (tisíce až desetitisíce ug/l sumy Cl-U)

Vzorky byly odebrány metodou odběrného čerpání z báze vrtů do skleněných 5 l vzorkovnic se zábrusovým hrdlem a dodány v den odběru do laboratoře k přípravě pro analytické zpracování.

 

2. Volba typu fyzikálních faktorů

Volba typu fyzikálních faktorů byla uzpůsobena zejména poznatkům (požadavkům) z praxe. V každém z typových testů se uplatňuje jako hlavní faktor změna rovnováhy mezi kapalnou a plynnou fází polutantů.

Při jednotlivých testech bylo pak v závislosti na majoritním vlivu sledováno působení následujících fyzikálních faktorů :

velikost fázového rozhraní              
- stanovení změn koncentrací při odvětrávání par ze statické zásoby vody v otevřené nádobě  
- stanovení změn koncentrací při přirozeném odvětrávání par z tekoucí vody

teplota     
- stanovení změn koncentrací při různých „venkovních“ teplotách    
- stanovení změn koncentrací při zahřátí a varu vody

 

3. Metodika přípravy zkušebních vzorků a jejich analytického zpracování

Všechny testy byly provedeny se  3 vstupními vzorky, u kterých byla koncentrace Cl-U ověřeny několikanásobnou analýzou :               

odvětrávání z volné hladiny (1)      
Pokus byl proveden při teplotě 5 a 220C vždy ve dvojici nádob o průměru 25, resp.2,5 cm pro každý vzorek. Pro úzkou i širokou nádobu byl zvolen totožný vstupní objem vzorku - 250 ml. Ztráty odparem byly průběžně doplňovány vodou z reverzní osmózy testovanou na obsah předmětných analytů. Vzorky pro analýzy byly odebrány po 1, 5, 24 hodinách a po 1 týdnu od zahájení testu.

přelévání (2)         
Vzorky o výchozím objemu 250 ml byly přelévány mezi totožnými nádobami rychlostí cca 20 přelití/min.Vzorky pro analýzy byly odebrány po 10, resp. 100 přelitích.

zahřátí a var (3)   
Vzorky o výchozím objemu 250 ml byly rovnoměrně zahřáty na vodní lázni. Vzorky pro analýzy byly odebrány po dosažení 500C, ihned po přivedení vodného roztoku do varu a po 10 minutách rovnoměrného varu.

 

Analýzy chlorovaných uhlovodíků byly provedeny metodou plynové chromatografie s hmotnostní detekcí (GC/MS) na přístroji Varian Saturn 4D. Analyty jsou ze vzorků vod zachyceny na polydimetysiloxanové vlákno a následně tepelně desorbovány v prostoru nástřikové jednotky plynového chromatografu. Celý proces je plně automatizován a použitá metoda je akreditována.

 

4. Výsledky testů

V následujícím komentáři, tabelárních a grafických přehledech jsou uvedeny pouze resumé výsledků a reprezentativní časové řady.

Výsledky testů byly zhodnoceny ve vztahu k posouzení těchto kritérií :

·          účinnost jednotlivých metod (1,2,3)  pro jednotlivá koncentrační rozpětí

·          stabilita jednotlivých typů Cl-U v průběhu testů

Kvantitativní změny vyvolané působením zvolených fyzikálních faktorů, lze charakterizovat jako významné úbytky koncentrací Cl-U, a to jak u sumárních koncentrací, tak u koncentrací jednotlivých Cl-U.

Překvapivě vysoká je účinnost odvětrání z otevřené nádoby (1), simulující v reálných podmínkách na př. akumulaci vody v sudu či v nádrži pro závlahy. Výrazná změna (pokles) vstupních koncentrací - je zřejmá zejména v případě kombinace odvětrání z otevřené nádoby při teplotě 220C. Po 1 hodině (bez závislosti na velkosti vstupního koncentračního rozmezí) dochází k poklesu na 35-45%, po 5 hodinách na 1-4 %, po 24 hodinách na 0,1 a po 1 týdnu 0 % původní hodnoty. U ostatních kombinací je pokles vstupních koncentrací relativně pomalejší a méně výrazný.

S výjimkou kombinace vysoká nádoba / 50C při vysoké úrovni výchozích koncentrací (16 %) však bylo dosaženo u  ostatních kombinací finálního poklesu po 1 týdnu od zahájení testů na 0.2 - 5 % původní vstupní koncentrace.

Účinnost přelévání (2) je v případě 10ti násobného přelití značně závislá na vstupním koncentračním rozmezí a dosahuje 8-32-39% původní koncentrace. Průběh testu lze považovat za simulaci skrápění konví nebo hadicí. V případě 100 násobného přelití bylo dosaženo poklesu na 0.3 - 0% původních hodnot a průběh testu lze hodnotit jako simulaci jemného tlakového rozstřiku, jenž se blíží funkci aeračních technologií pro úpravu kontaminovaných podzemních vod a jejichž účinnost dosahuje až 99 %.

Výsledky testů při zahřátí a varu (3) prokazují, že při zahřátí testovaných vzorků na 500C je dosažená účinnost nejnižší ze všech metod a pokles vstupních koncentrací se pohybuje v rozmezí 42-54%. Při varu dochází k poklesu na 8-30% původních koncentrací. Nejlepší výsledky, srovnatelné s výsledky metody (1), byly dosaženy při rovnoměrném varu po dobu 10 minut, kdy byl zjištěn pokles původních koncentrací na 0.1-0%.

Zhodnocení účinnosti jednotlivých použitých metod je dokumentováno v tabulce č.1, kde jsou  pro reprezentativní skupinu středních vstupních koncentrací (S) uvedeny v závislosti na čase změny sumárních koncentrací Cl-U při jednotlivých skupinách testů (1,2,3).

 

Stabilitu jednotlivých polutantů v průběhu testů lze posoudit pouze orientačně. Pro posouzení stability byly vybrány chlorované eteny cis - 1,2 dichloreten (DCE), trichloreten (TCE) a tetrachloreten (PCE). Stabilita DCE je ve shodě s dosud známými údaji relativně vysoká, což se projevuje zejména při vyšších vstupních koncentracích (V). Při dlouhodobém odvětrávání za vyšších teplot (220C) koncentrace DCE poklesnou na prakticky nulové hodnoty, zatímco při tepelné úpravě je k témuž výsledku u vyšších vstupních koncentrací (V) zapotřebí 10 minut varu. Zahřátí na 50 i 1000C je účinné pouze u nízkých vstupních koncentrací (N). Přelévání testovaného vzorku má ve všech vstupních koncentračních úrovních na pokles koncentrací DCE nejmenší účinky. V případě TCE je situace obdobná jako u DCE a účinnost jeho odstranění se pohybuje mírně pod průměrnou hodnotou účinností  jednotlivých metod, dokumentovaných u sumy Cl-U. V případě PCE byl v průběhu testů dokumentován rychlý a vysoký účinek při převedení do varu, nejúčinnější metodou pro jeho destabilizaci bylo opět dlouhodobé odvětrávání za vyšších teplot (220C). Přelévání testovaného vzorku je na pokles koncentrací PCE významně  účinné při 100 násobném přelití.

Pouze stručně lze dokumentovat u ostatních typů Cl-U relativně nízkou stabilitu 1,1-dichloretenu a vinylchloridu a relativně vyšší stabilitu 1,1,1 trichloretanu.

 

Tabulka č.1    Střední vstupní koncentrace Cl-U v podzemní vodě  -  výsledky testů

 

 

Významnou skutečností je dosažení normativů ČSN 75 7111 Pitná voda při použití metody dlouhodobějšího odvětrávání z otevřené nádoby a metody tepelné úpravy při déletrvajícím rovnoměrném varu. Tento fakt je  - spíše než návodem k možnosti získávat z kontaminované vody vodu pitnou - potvrzením prokazatelně vysokých účinků zvolených fyzikálních faktorů na  polutanty typu Cl-U (viz graf pro střední koncentrační rozmezí).

 

 

5. Shrnutí výsledků a jejich praktická použitelnost

Uvedená problematika si zasluhuje rozsáhlejší diskusi. Prezentace části výsledků rozsáhlých testů by měla rozšířit poznatky v oblasti metodiky odběrů vzorků vod a jejich přípravy pro analytické zpracování (např. na úrovni výkonných složek podnikových ekologických odborů) a dále napomoci pracovníkům státní správy při rozhodovacích procesech (posouzení výsledků průzkumů a studií, posouzení možnosti omezeného využití znehodnocených zdrojů vody  a pod.).

Doposud byl v případě zjištění nadlimitních koncentrací polutantů typu Cl-U v podzemní vodě zdrojů hromadného a individuálního zásobování pitnou i užitkovou vodou vydáván vesměs striktní  zákaz použití.  Výsledky realizovaných testů dávají pozitivní předpoklad pro možnost omezeného využití podzemní vody, a to zejména pro užitkové účely.  Ve vazbě na konkrétní problematiku lokality je vždy nutné posoudit míru znečištění podzemních vod a pozitivní vliv vyjmenovaných fyzikálních faktorů, zároveň však i zohlednit možná rizika vyplývající z přechodu polutantů z kapalné do plynné fáze (nebezpečí inhalační expozice).  

Mohlo by Vás také zajímat: úprava pitné vody