A kémiai redukció in situ helyreállítási módszerek alkalmazása, hasonlóan az in situ kémiai oxidációhoz, szorosan kapcsolódik a kőzetkörnyezetben zajló oxidációs-redukciós reakciókhoz. A kémiai redukció lényege in situ a redukciós feltételek megteremtése redukálószerek alkalmazásával a szennyezett környezetbe (4.2.16. Ábra), míg a szennyeződés kevésbé káros, ill. kevésbé veszélyes tulajdonságok. A redukciós folyamatot többnyire további utólagos kármentesítési folyamatok egészítik ki, pl. a szennyező anyag immobilizálásával a szennyező anyag redukált formáinak kicsapásával.
Alkalmazhatóság
A kémiai redukció folyamata alkalmazható a redox viszonyok változásaira érzékeny szennyeződések helyreállítására, különösen azoké, amelyek redukált formái nem mutatnak veszélyes hatást a környezetre, ill. kevésbé károsak rá. Ilyen szennyező anyagok lehetnek például (Bhandari et al., 2007; Suthersan és Payne, 2005; Chambers, 1991; Rocca és mtsai, 2007): Cr 6+ (redukció Cr 3+ -ra), NO3 - (lehetséges redukció NH4-re +, esetleg N2 elemig), UO2 2+ (redukálás négyértékű uránra), Se 6+ (redukció Se 4+ -ra vagy akár elementáris Se-re). A kémiai redukciós eljárást alkalmazták bizonyos szerves anyagok (pl. Klórozott alifás szénhidrogének, PCB-k stb.) Szennyezésének helyreállításában is.
alapjellemző
A kémiai redukció sikeres alkalmazása csak a helyi viszonyok részletes felmérését követően lehetséges, különös tekintettel a célszennyeződés jellegére és mennyiségére, valamint a környezet általános geokémiai és hidrogeológiai körülményeire. A kémiai redukciós eljárások alkalmazása a szennyeződések in situ helyreállítására különösen reaktív zónák létrehozása vagy kisebb forrásforrások helyreállítása formájában ajánlott, kevésbé a nagy területek átfogó helyreállításához (Suthersan és Payne, 2005).
Általában az in situ kémiai redukció magában foglalja a redukálószerek alkalmazását közvetlenül a telítési zónába. A redukálószereket különösen hidrogeológiai infiltrációs kutak segítségével lehet alkalmazni, normál körülmények között vagy nyomás alatt. Lehetőség van infiltrációs csatornák, ill. használja a reaktív korlátok elvét (4.2.17. ábra). A redukálószer alkalmazásával egyidejűleg biztosítani kell a telített zónában a szükséges kémiai-fizikai feltételeket, amelyek a redukálószer és a szennyező anyag jó érintkezésével együtt biztosítják a redoxireakciók szükséges folyamatát és mértékét, valamint így redukáljuk a szennyező anyagot a kívánt formára.
Az in situ redukcióban alkalmazott redukálószerek biztosítják a szennyező anyag redukcióját a szennyező molekulára/atomra történő elektrontranszfer útján (a redukáló szer elektrondonor, a szennyező elektron akceptor). A rendelkezésre álló redukálószerek közül felhasználható például. (US EPA, 2000; Suthersan és Payne, 2005):
• hidrogén (pl. A palládium katalitikus hatásában) - az alifás és aromás szénhidrogének reduktív dehalogénezésére (Newell és mtsai., 1997b), vagy hidrogén alkalmazásával a klórozott szénhidrogének természetes biosanációs folyamatainak támogatására;
• nátrium-ditionit Na2S2O4 (Chilakapati, 1999) - egy redukálószer alkalmazása megváltoztatja a redox feltételeket és csökkenti a jelenlévő fémeket (különösen a Fe 3+ -tól a Fe 2+ -ig, amelyek hosszú távon hatással vannak a klórozott szerves szennyezők dehalogenizálására ( Szecody és mtsai., 2004), vagy a szennyező anyagok egyéb, redukcióra képes formái, pl. Cr 6+ (Fruchter és mtsai., 2000) Laboratóriumi vizsgálatokat is végeztek bizonyos robbanóanyagok (pl. TNT) természetes vas üledékekben történő eltávolítására. körülmények (Boparai et al., 2008);
• Hidrogén-szulfid (Thorton et al., 2007) - sikeresen tesztelték a szennyezett kőzetkörülmények, például a hatértékű króm redukcióját;
• nulla vegyértékű kolloid vas - klórozott szénhidrogének helyreállítására, valamint fémek és egyéb komponensek, pl. CrO4 2–, TcO4 - vagy UO2 2+ (Yin és Allen, 1999). Reaktív gátak anyagaként is használják. Finom fúráshoz nagyon finom, nanoméretű kolloid vasat használnak (Canterll et al., 1995);
• EHC - az ún komplex szén és nulla vegyértékű vas, amelyet szabályozott fokozatos kibocsátás jellemez a környezetbe. Kémiai és mikrobiológiai lebontási folyamatokat egyaránt használ, és használható szilárd és folyékony formában is. In situ a speciális körülményekhez és igényekhez igazítható.
Példa redukálószer - ditionit alkalmazása - hat vegyértékű króm-helyreállító kutak használata, a következő lépésekből áll (US Department of Energy, 2000):
• Az infiltráció fázisában a szükséges mennyiségű redukálószert viszik fel a szennyezett víztartó rétegre. A teljes redukáló kapacitás különösen az alkalmazott reagens mennyiségétől és a táptalaj vattartalmától függ.
• A reakció fázisában (az első tíz órában) a reagens reagál a környezettel. A reagens a következő reakcióval reagál a jelenlévő vassal:
.
• A reakciófázis után a felesleges reagálatlan reagenst és a mobil reakciótermékeket kiszivattyúzzák.
• Az előző lépések végrehajtásával olyan reakciózónát hozunk létre, amely képes a szennyező anyag rögzítésére vagy megsemmisítésére a szennyezett víz áramlásának természetes körülményei között. A képződött vasat tartalmazó redukciós gát immobilizálja a krómot a szennyezett víz áthaladása során a reakciónak megfelelően:
.
• Ha a gát redukáló képessége nem elégséges, akkor a redukálószert újra fel lehet vinni a környezetre.
• A gát következtében a talajvíz mentes az oldott hat vegyértékű krómtól. Az oldott oxigéntartalom a talajvízben alacsony a redox folyamatok miatt.
Előnyök és korlátozások
A fő előnyöket a kémiai redukció a következőképpen foglalható össze:
• a módszer nem igényli a szennyezett anyag felszínre szennyezését, ami csökkenti a kármentesítési költségeket; fúrások révén (vagy más módszerekkel, pl. lazítás; kőzettömeg) a szennyezett környezet mélyebb részei is helyrehozhatók (Yin és Allen, 1999);
• jól áteresztő környezetben történő fúrással történő alkalmazás alkalmas, pl. homok és kavics (US Department of Energy, 2000);
• Szükség esetén lehetőség van a redukálószer egyszerű alkalmazására, és növelni vagy csökkenteni a redukálószert meghosszabbítja a redukciós reakciók hatását;
• a redukciós zóna hosszú ideig és ugyanakkor viszonylag gyorsan működik; aktív marad a környezetben, ami biztosítja a kevésbé áteresztő zónákból fokozatosan felszabaduló szennyezők immobilizálódását;
• az emberi érintkezés a szennyezett anyagokkal minimálisra csökken (annak a ténynek köszönhető, hogy a szennyező anyagot közvetlenül nem vonják ki a környezetből).
A fő hátrányok és korlátozások a kémiai redukció a következő pontokban foglalható össze:
• a redukálószerek fúrásokon keresztül történő alkalmazása korlátozza az alacsony permeabilitású környezetet, amely nem teszi lehetővé a redukálószer elegendő migrációját, így szélesebb körű területek rehabilitációja nem lehetséges kiterjedt fúrási munkák nélkül (US Department of Energy, 2000);
• a helyreállítás monitorozásának és a módszer hatékonyságának ellenőrzésének szükségessége (hasonlóan a többi in situ módszerhez);
• néhány reduktáns (pl. Nátrium-ditionit) alkalmazásához természetes redukálható vas jelenléte szükséges a fertőtlenített környezetben;
• a nagyobb környezeti heterogenitás (pl. Nagyobb permeabilitású preferenciális útvonalak) problémát okozhat a szennyező anyag behatolásában a redukciós gáton; ez a módszer alacsonyabb hatékonyságát okozhatja (Szecody et al., 2004);
• bizonyos esetekben az oxidációs körülmények helyreállításakor a szennyeződések újrafelhasználódása bekövetkezhet, ill. mérgező/veszélyes (inter) bomlástermékek képződése (Yin és Allen, 1999);
• a redoxi viszonyok jelentős változása változást okozhat az elemek előfordulásának formájában, és ezáltal megváltozhat a mozgékonyságuk is - a módszer alkalmazásához a helyi geokémiai viszonyok jó ismerete szükséges a környezettel kapcsolatos lehetséges káros reakciók elkerülése érdekében.
A tisztítás időtartama és hatékonysága
Az eljárás az ajánlott alkalmazási körülmények között viszonylag gyors, különösen a redukálószer és a szennyező anyag megfelelő érintkezése. A szakirodalom (US Department of Energy, 2000) például azt állítja, hogy a ditionit alkalmazása egy hónap alatt jelentősen csökkentheti a hat vegyértékű króm koncentrációját a talajvízben a több évig tartó rehabilitációs szivattyúzáshoz képest.
Az összköltség az adott környezeti feltételektől és az eltávolított szennyeződéstől függ. Néhány hagyományos alapmódszerhez képest, mint pl. kármentesítési szivattyúzás, ez a módszer jelentős, akár 60% -os megtakarítást eredményezhet (US Energy Department, 2000). Ez elsősorban az alacsonyabb működési költségeknek tudható be, amelynek hosszú távú hatása jelentős többletköltség nélkül csökkenti a szennyezőanyag-tartalmat. A gyakorlatban a legdrágább a rendszer telepítése, és különösen a kármentesítés figyelemmel kísérésének költsége.
Magyarázatok: 1 - fogalmi ábra, 2 - a kezelt terület kialakítása, 3 - a talajvíz áramlásának iránya, 4 - a kezelt zóna szélessége, 5 - a kezelt zóna hossza, 6 - szennyezett terület, 7 - szennyezés forrása, 8 - kezelt terület, 9 - injekciós kút, 10 - ellenőrző kút (szonda), 11 - magos kút, 12 - reaktív terület.
Szerzők: Jana Frankovská, Jozef Kordík, Igor Slaninka, Ľubomír Jurkovič, Vladimír Greif,
Peter Šottník, Ivan Dananaj, Slavomír Mikita, Katarína Dercová és Vlasta Jánová
Dionýz Štúr Állami Földtani Intézet, Pozsony 2010, 360 p,