Download - OCHRANA PÔDY
1
OCHRANA PÔDY
Inžinierstvo ochrany
vody a pôd
3.Bc. TOŽP
2
Vznik a vývoj pôdy
Materská hornina vznikla v priebehu geologických období a vystupuje v troch základných typoch:
Vyvreliny - pokrývajú najväčšiu časť zemské-ho povrchu. Vznikli postupným chladnutím žeravej magmy vyvrhnutej na povrch zeme.
Usadené horniny - vznikajú nahromadením zvetraných častí primárnych hornín,zanesených vetrom či vodou na vzdialené miesta.
Premenené horniny - vznikajú premenou primárnych vyvrelín a sekundárnych usadenín.
3
Profil pôdy je rozdelený do vrstiev (horizontov) so špecifickými fyzikálnymi, chemickými a biologickými vlastnosťami.
4
Charakteristika a funkcie pôdy Pôda je rozhodujúcou výrobnou a sociálnou
základňou krajiny. Lokálne je často len jediným ekonomickým (existenčným) zdrojom pre život a sociálnu zabezpečenosť miestneho obyvateľstva.
Pôda predstavuje rozhodujúci prírodný zdroj a súčasne aj ekonomický a eko-sociálny potenciál krajiny.
Umožňuje produkovať potraviny a suroviny, recykluje odpady, tvorí leso-poľnohospodársku krajinu,
Filtruje a zadržiava vodu, umožňuje využívať a zhodnocovať slnečnú energiu, zabezpečuje kolobeh a ekologicky vyváženú bilanciu látok v prírode, udržiava diverzitu rastlinných a živočíšnych druhov na našom území
Primárne formuje kvalitu životného prostredia, je zdrojom surovín a kultúrnym dedičstvom obyvateľstva.
5
Parametre pôdy
Na základe variability v čase môžeme rozlíšiť:
stabilné parametre pôdy (napr. hĺbka pôdy, zrnitosť pôdy),
relatívne stabilné (obsah solí, obsah organickej hmoty v pôde, kontaminácia ťažkými kovmi),
relatívne dynamické (pH, obsah živín), dynamické (vlhkosť a teplota pôdy,
mikrobiálna aktivita a pod.).
6
Parametre pôdyK indikátorom kvality pôdy patria nasledujúce
parametre: Fyzikálne parametre (štruktúra, textúra,
hĺbka, hydraulická vodivosť, maximálna a retenčná vodná kapacita, objemová hmotnosť a pórovitosť)
Chemické a fyzikálno–chemické parametre (obsah a kvalita humusu, obsah dusíka, pH, celková katiónová výmenná kapacita, vodivosť, obsah živín (N, P, K,Ca, Mg) a obsah rizikových prvkov a organických kontaminantov)
Biologické parametre pôdy (C, N biomasy mikroorganizmov, potenciálne mineralizovateľný N, respirácia, aktivita pôdnych enzýmov) .
7
Znečistenie pôd
8
Monnitoring pôdy - Merané veličiny
územná identifikácia monitorovacích lokalít klasifikácia pôdy a označenie horizontov fyzikálne vlastnosti pôdna reakcia pH a obsah uhličitanov makroživiny (C, O, H - N, P, K, Ca, Mg) mikroživiny (S, Fe, Mn, Zn, Cl, B) humus výmenné katióny a sorpčný komplex -schopnosť pôdy viazať z
pôdneho roztoku chemické látky a udržiavať ich v pôde. stopové prvky v rastlinách totálny obsah stopových prvkov organické kontaminanty a indikátory rádioaktívneho znečistenia
9
Kontaminácia pôd
Ku kontaminácii môže dôjsť: priamymi zásahmi (aplikáciou priemyselných
odpadov, čistiarenských kalov, dnových sedimentov, pesticídov, hnojív, kontaminovanými závlahovými vodami a i.)
nepriamo - produkciou emisií dopadajúcich na pôdu (predovšetkých z priemyslu, energetiky a dopravy).
10
Degradácia pôdy Degradácia pôdy vyjadruje pokles až zánik
pôdnej úrodnosti. Všeobecne sa rozlišujú chemická - napr. zmena mechanizmu pôd
vplyvom priemyselných exhalátov, acidifikácia, alkalizácia a salinizácia pôd ,
fyzikálna - napr. zhutňovanie pôdy vplyvom ťažkej mechanizácie a veľkoplošných závlah, zvýšená plošná erózia a akumulácia pôd ako dôsledok veľkoplošného hospodárenia bez primeraných protieróznych opatrení),
biologická - deficit organických a minerálnych hnojív, nesprávne striedanie plodín, zlé spracovanie pôdy a i.
11
Znečistenie pôdy ropnými látkami
Ropné látky sa môžu vyskytovať v o forme: plynu, kvapaliny, emulzie vo vode, roztoku vo vode.
rozsah ohrozenie nie je daný vlastnosťami ZL (toxicitou, organoleptickými vlastnosťami a pod.), a množstvom.
úniky malého rozsahu – tzv. ropné poruchy vznikajúce prevažne pri poruchách zariadení s únikom len niekoľko litrov ropnej látky,
úniky väčšieho rozsahu – tzv. ropné nehody, pri ktorých môže uniknúť niekoľko desiatok litrov ropnej látky (do 200 litrov),
ropné havárie
12
Únik ropných látok do horninového prostredia :1.Infiltrované množstvo ropnej látky do určitej doby neprekračuje pohlcovaciu kapacitu zeminy v danej oblasti, hladina podzemnej vody je hlboko.
13
Únik ropných látok do horninového prostredia : 2.Infiltrované množstvo ropnej látky dosiahne nepriepustné podložie alebo hladinu podzemnej vody.
14
Spôsoby ochrany pôdy Rekultivácia (obnova lesných a poľnohospodárskych pozemkov ) Technická – realizácia protieróznych opatrení, agrotechnická (meliorácia), úprava terénu,
odvodňovanie, drtenie, lámanie skál, stavebná úprava, rekonštrukcia a modernizácia silážnych žľabov, močovkových kanalizácií, žúmp a zásobníkov, spevnených plôch, ai.
Biologická – zúrodňovanie, zalesnenie, zavezenie vrstvou zeminy (napr. skládky odpadu), sadovnícke úpravy apod.
Izolácie - proti priesakom sú íl a prírodný asfalt. Dnes sú íly nahradzované bentonitmi, prírodné asfalty asfaltom z ropy a stále vo väčšej miere sa používajú geotextílie a fólie z rôznych syntetických materiálov - PVC, PE, PP, kaučuky a pod.
Dekontaminácia a sanácia Dekontaminácia (odstránenie znečistenia) je súbor opatrení, princípov, metód,
postupov a činností, ktorých cieľom je očistenie pôdy, resp. inej zložky životného prostredia od materiálu biologického pôvodu.
Sanácia - odstránenie škôd úpravou územia a územných štruktúr.
15
Metódy sanácie kontaminovaného prostredia
Podľa druhov polutantov, ktoré treba sanovať ropné látky, tekuté chlorované uhľovodíky, polychlorované bifenily, ťažké a toxické kovy, atd. )
Podľa miesta použitia (sanačného zákroku): „In situ“ (na mieste) – vykonáva sa priamo v
horninovom prostredí, kde zmenou vstupných parametrov je možné dosiahnuť zmenu vlastností kontaminantu (rozpustnosti, mobility, a i.) a/alebo odstránenie kontaminantu.
„Ex situ“ resp. „off site“ – vykonáva sa mimo lokalitu sanačného zásahu po separácii kontaminovaného média (napr. odťaženie zeminy a sanácia na dekontaminačnej ploche alebo odčerpanie vody a zneškodnenie čistiarni odpadových vôd).
“On situ“ – na povrchu znečisteného miesta (horninového prostredia, resp. pôdy).
16
Podľa použitého mechanizmu čistenia - postupu :
1. Fyzikálno-chemické metódy2. Biologické metódy 3. Termické 4. Iné.
Podľa stupňa a metódy odstránenia znečistenia:
1. pasívne – konzervačné,2. aktívne – odstránenie polutantov
separáciou, prevodom do inej zložky ekosféry, formou biodegradácie, spaľovaním, radiačným rozkladom a iné.
17
Fyzikálno-chemické metódy
Pranie zemín Vymývanie pôdy - Aplikácia povrchovo aktívnych látok Mokrým osievaním, mletím a preplachovaním Elektrokinetická dekontaminácia Solidifikácia, stabilizácia cementáciu, bitumenizáciu, vitrifikáciu Extrakcia Chemická extrakcia rozpúšťadlom Dvojfázová extrakcia Chemická redukcia / oxidácia Chemická oxidácia Dehalogenácia
Elektrokinetická dekontaminácia
Fyzikálne a chemické Elektrokinetická
dekontaminácia Vymývanie pôdy Solidifikácia a stabilizácia Zakrytie, uzavretie,
enkapsulácia Vitrifikácia
Vymývanie pôdy
Zakrytie, uzavretie, enkapsulácia
19
Biologické metódy Biodegradačné technológie slúžia na
odstraňovanie organických kontaminantov z kvapalných a pevných materiálov pomocou mikroorganizmov:
BIO- Air sparging Bioslurping Bioventing Biopiles Landfarming Fytoremediácia Podporovaná bioremediácia Monitorovaná prirodzená atenuácia Kompostovanie
20
Biosparging v praxi
21
Biodegradácia v lagúnach
22
Vyššími hubami upravená drevná biomasa ako pôd aditívum do kontaminovaných
pôd
23
Biopiles v praxi
Biopiles v praxi
24
Diagram zobrazujúci procesy fytoremediácie kovov
25
Schéma dekontaminácie saturovanej zóny „in situ
26
Dekontaminácia zemín „ex situ“
27
Termické metódy dekontaminácie zemín Termické metódy t.j. tepelného ošetrenia a
tepelnej podpory je skupina metód využívajúcich tepelnú energiu na podporu degradácie kontaminantov v horninovom prostredí, napr.
odporové zahrievanie, vstrekovanie vodnej pary, termická desorpcia in situ, zatláčanie horúceho vzduchu, konduktívny ohrev a pod.
28
Termické metódy „in situ“
Extrakcia pary je extračná technológia, ktorá využíva teplotu pre zvýšenie kvapalnatosti polutantov v pôde.
Vitrifikácia využíva teplo ku taveniu pôd a rozkladu vybraných organických polutantov.
Solidifikácia a stabilizácia
Vitrifikácia
30
Termické metódy „ex situ“
Nízkoteplotná termická desorbcia - pri ohreve pôdy na teplotu 90o až 320° C.
Vysokoteplotná termická desorbcia - od 320o do 560° C,
Vitrifikácia „ex situ“- princípom metódy je „zaskeletovanie“ odpadu.
Spaľovanie
31
Iné metódy
Capping –prekrytie, označované aj ako zakrytie, uzatvorenie či enkapsulácia
Skládkovanie
32
Metódy sanácie podzemnej, povrchovej vody a priesakovej vody (výluhov)Podobne jako metódy sanácie pôd a
zemín je možné aj sanačné metódy vôd rozdelit podľa použitého princípu nasledovne:
Postupy „in situ„ 1. Fyzikálno-chemické metódy2. Biologické metódy 3. Termické metódy Postupy „ex situ“ Fyzikálno-chemické metódy Biologické metódy
33
F-CH postupy „in situ„ Air sparging – vháňanie stlačeného vzduchu pod hladinu podzemnej vody sieťou
air spargingových vrtov, pri prieniku telesom podzemnej vody vzduch viaže prchavé zložky kontaminantov obsiahnuté v hornine a rozpustené v podzemnej vode (kombinuje sa s ventingom).
Bioslurping – kombinácia (bio)ventingu a vákuového odsávania produktu z hladiny podzemnej vody („zosrkávanie“).
Chemická oxidácia – aplikácia oxidačného činidla (vo forme vodného roztoku – najčastejšie manganistan draselný, peroxid vodíka alebo Fentonovo činidlo, ...) do saturovanej zóny, aby tu došlo k deštrukcii kontaminujúcich látok rozpustených vo vode, nasorbovaných v horninovom prostredí alebo prítomných vo forme voľnej fázy.
Dvojfázová extrakcia – metóda podobná bioslurpingu niekde aj ako ekvivalent (dual phase extraction, vacuum enhanced extraction, ...). Rozdiel je v kombinácii zosrkávania produktu z hladiny podzemnej vody s bioventingom (bioslurping) alebo s ventingom.
Air stripping vo vrtoch alebo studniach – modifikácia metódy air stripping. Do saturovanej zóny sa dopravuje vzduch vháňaním do sanačného vrtu, pričom z toho istého vrtu sa vzduch po prechode podzemnou vodou aj odsáva.
Pasívna resp. reaktívna bariéra (drenážna stena, hydraulická clona)
34
F-CH metódy „ex situ“ Adsorpcia - dochádza k hromadeniu kontaminujúcich látok na
povrchu adsorbentu (napr. polymérová živica, vyzrážané oxidy kovov, bentonit, koks, rašelina popolček a podobne),
Absorpcia (pohlcovanie) dochádza k prestupu hmoty medzi plynnou a kvapalnou fázou až do dosiahnutia absorpčnej rovnováhy (v kolónach, odlučovačoch alebo absorbéroch – rozprašovacích, prebublávacích či kaskádových);
Chemická oxidácia – premena organických polutantov na neškodné alebo menej toxické látky v silne oxidačnom prostredí dosiahnutom prídavkom oxidačného činidla ako je Fentonovo činidlo, manganistan draselný či sódny, peroxodvojsíran sódny, ozón a podobne, vykonáva sa v chemických reaktoroch;
35
Biologické metódy
Kontaminovaná podzemná voda vyčerpaná na povrch sa privádza do bioreaktorov (aerobných, anaerobných, s prídavkom kometabolických zlúčenín a podobne), kde sú optimalizované podmienky pre biologické odbúranie polutantov.
V niektorých prípadoch je možné využiť umelú mokraď, resp. koreňovú čistiareň, ktorá je určená na čistenie podzemnej vody, pri čom sa využívajú prirodzené geochemické a biologické procesy v umelo pripravenom ekosystéme.