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.